CN103659700B - 电动工具 - Google Patents

Abstract

一种电动工具(10)，包括：马达(21)；输出轴(25)；以及动力传递单元(22)，用于将马达的转动动力传递至输出轴。动力传递单元根据能够改变的减速比来减小转动速度。变速致动器(27)改变减速比。转矩检测器(41)检测施加至输出轴的负荷转矩。控制单元(23)根据检测到的负荷转矩来控制变速致动器以改变动力传递单元的减速比。在从动力传递单元增大减速比起的预定时间段内、检测到的转矩达到阈值的情况下，控制单元停止驱动马达。在该预定时间段内、检测到的负荷转矩没有达到阈值的情况下，控制单元继续驱动马达。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具。

背景技术

日本特开2012-30347描述了如下电动工具的例子，其中该电动工具包括：动力传递单元，用于传递马达所生成的转动动力；以及控制单元，用于控制该动力传递单元并且通过在传递转动动力时进行变速来自动改变减速比。该马达包括连接有工具(刀头)的输出轴。可以根据供给至马达的负荷电流(驱动电流)来检测施加至输出轴的负荷转矩。

随着变速的级数的增加，动力传递单元变得大型化。在电动工具、特别是便携式电动工具中，期望使工具整体小型化。这样限制了电动工具的动力传递单元中可以包括的变速的级数。因而，各级之间的减速比的差较大。

在电动工具中，当使用钻头驱动器来紧固螺钉时，随着螺钉变得紧固，施加至输出轴的负荷转矩增大。因而，控制单元对动力传递单元进行控制并且切换至减速比高的减速级。然而，不适当地将螺钉紧固至被紧固部分可能会使工具(输出轴)锁定或使马达锁定。这样导致负荷转矩增大。在这种情况下，当电动工具切换至减速比高的减速级时，使用者承受大的冲击。特别地，在使用包括具有减速比差大的减速级的动力传递单元的电动工具的情况下，紧挨在电动工具切换至使减速比增大的减速级之后，使用者所承受的冲击进一步增大。

为了解决该问题，除了为了变速和增大减速比所设置的阈值以外，还可以设置用以判断马达的锁定的阈值。在负荷转矩超过变速阈值并且达到锁定阈值的情况下，判断为马达被锁定。在判断为马达被锁定的情况下，动力传递单元的减速比没有增大。这样抑制了使用者所承受的大的冲击。

然而，在利用电动工具紧固螺钉的情况下，在使螺钉固定的瞬间负荷转矩增大。这样可能产生与马达锁定的条件相同的条件，因而导致螺钉的紧固在完成之前中断。

因此，本发明的目的是提供一种用于以更高的精度检测马达锁定的电动工具。

发明内容

本发明的一个方面是一种电动工具，包括：马达；输出轴；动力传递单元，用于将所述马达的转动动力传递至所述输出轴。所述动力传递单元根据能够改变的减速比来减小与所述转动动力有关的转动速度。所述电动工具还包括变速致动器、转矩检测器和控制单元。变速致动器用于改变所述动力传递单元的减速比。转矩检测器用于检测施加至所述输出轴的负荷转矩。控制单元用于根据检测到的负荷转矩来控制所述变速致动器以改变所述动力传递单元的减速比。在从对所述动力传递单元进行控制以增大所述减速比起直到经过了特定时间量为止的预定时间段内、检测到的负荷转矩达到为了检测所述马达的锁定所设置的阈值的情况下，所述控制单元停止驱动所述马达。在所述预定时间段内、检测到的负荷转矩没有达到所述阈值的情况下，所述控制单元继续驱动所述马达。

在以上结构中，为了检测锁定所设置的所述阈值被设置成在所述控制单元进行用以增大所述减速比的控制之后随着时间的经过而增大。在检测到的负荷转矩达到随着时间的经过而增大的所述阈值的情况下，所述控制单元停止驱动所述马达。在检测到的负荷转矩没有达到随着时间的经过而增大的所述阈值的情况下，所述控制单元继续驱动所述马达。

通过以下结合附图所进行的通过示例方式例示本发明的原理的说明，本发明的其它方面和优点将变得明显。

附图说明

通过以下结合附图对当前优选实施例的说明，能够最佳地理解本发明及其目的和优点，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的电动工具的示意图；

图2是示出图1所示的电动工具的操作的一个示例的图；

图3是示出另一电动工具的操作的示例的图；

图4是示出又一电动工具的操作的示例的图；

图5是示出又一电动工具的示意图；以及

图6是示出又一电动工具的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图来说明电动工具的一个实施例。

参考图1，本实施例的电动工具10例如用作钻头驱动器。电动工具10包括主体11和以能够移除的方式连接至主体11的电池组12。电动工具10的主体11包括马达21、动力传递单元22和控制单元23。马达21是在被供给来自电池组12的电力的情况下进行驱动的。动力传递单元22将马达21所生成的转动动力传递至输出轴25。控制单元23对包括马达21的电动工具10进行控制。电池组12包括由电池单元(例如，锂离子单元)构成的可再充电电池。

马达21包括转动轴24，其中该转动轴24连接至包括减速机构和离合器机构的动力传递单元22。动力传递单元22在将马达21的转动动力传递至输出轴25时，根据能够改变的减速比来减小与该转动动力有关的转动速度。动力传递单元22例如包括高侧(H)齿轮和低侧(L)齿轮这两个减速齿轮。因而，可以分两级来切换动力传递单元22的减速比。输出轴25包括连接有工具(刀头)26的末端。因此，在动力传递单元22将来自马达21的转动动力传递至输出轴25时，工具26连同输出轴25一起转动。将动力传递单元22的L齿轮设置为与H齿轮相比具有较高的减速比(较低转动速度和较高转矩)。

动力传递单元22包括变速致动器27，其中该变速致动器27用于改变减速比。变速致动器27例如是马达致动器，并且在控制单元23的控制下从变速驱动器28被供给驱动电力的情况下进行工作。变速致动器27用于在经由变速驱动器28的控制单元23的控制下进行动力传递单元22的减速级(减速齿轮)的切换。控制单元23在从电池组12被供给调压电力的情况下进行工作。变速驱动器28例如由包括开关元件(例如，FET)的H桥电路构成。控制单元23向变速驱动器28发送控制信号，以控制针对变速致动器27的马达21的转动方向并且控制通过脉冲宽度调制(PWM)控制所供给的驱动电力。

驱动马达21，以在从例如包括由开关元件(例如，FET)构成的H桥电路的开关驱动电路29供给驱动电力的情况下产生转动。开关驱动电路29接收来自电池组12的电力。控制单元23对开关驱动电路29进行PWM控制以利用开关驱动电路29控制供给至马达21的驱动电力。换句话说，控制单元23利用开关驱动电路29控制供给至马达21的电力，并且控制马达21所产生的转动的速度。

电动工具10的主体11包括使用者可以操作的触发开关31。触发开关31包括如下开关，其中该开关启动和停止马达21并且将与触发开关31的操作量(触发拉下量)相对应的输出信号发送至控制单元23。控制单元23基于来自触发开关31的输出信号来控制从开关驱动电路29供给至马达21的电力，以启动和停止马达并且调整工作时的转动速度。

在开关驱动电路29和马达21之间配置有用于检测供给至马达21的负荷电流(驱动电流)的电流检测器41。电流检测器41包括：检测电阻器42，其连接在开关驱动电路29和马达21之间；以及放大电路43(运算放大器)，用于将检测电阻器42的端子电压放大作为检测信号并且将该检测信号提供至控制单元23。控制单元23针对各预定采样时间段，基于来自电流检测器41的检测信号来检测负荷电流。此外，控制单元23基于所检测到的负荷电流和检测到负荷电流时动力传递单元22的减速级来检测施加至输出轴25(工具26)的负荷转矩。控制单元23基于所检测到的负荷转矩来检测马达21的锁定并且相应地对马达21进行控制。

控制单元23被配置为基于所检测到的负荷转矩来控制动力传递单元22并且利用变速致动器27进行自动变速。动力传递单元22的减速机构例如是行星齿轮减速机构，其中该行星齿轮减速机构包括：恒星齿轮，其绕马达21的转动轴24的轴转动；行星齿轮，其与恒星齿轮啮合并且配置在恒星齿轮周围；以及环形齿轮，其与行星齿轮啮合。变速致动器27使环形齿轮移动，以改变与该环形齿轮啮合的行星齿轮并由此控制变速。电动工具10可以包括驱动状态检测器，其中该驱动状态检测器检测利用变速致动器27是否已使环形齿轮移动至正确位置。在这种情况下，控制单元23基于来自驱动状态检测器的检测信号对变速致动器27进行控制。

当使用者拉下电动工具10的触发开关31时，触发开关31将与该拉下量相对应的输出信号提供至控制单元23。控制单元23基于来自触发开关31的输出信号来控制开关驱动电路29，以停止和启动马达21并且控制马达21的转动速度。动力传递单元22将马达21的转动动力传递至输出轴25以使工具26转动。此外，控制单元23根据负荷转矩将动力传递单元22的减速级切换为H齿轮或L齿轮。动力传递单元22在负荷转矩小的情况下选择H齿轮，由此以转矩低的高转动速度驱动工具26。在启动时，动力传递单元22选择H齿轮。在负荷转矩增大并且超过预定转矩的情况下，动力传递单元22选择L齿轮，由此以高转矩的低转动速度驱动工具26。此外，基于来自电流检测器41的检测信号，控制单元23检测马达21的锁定并且控制马达21的停止。在选择L齿轮的情况下，为了判断马达21是否被锁定，除了电流检测器41所检测到的负荷转矩(电流)以外，还检测负荷转矩的时间变化。

现在将说明马达21的操作。

基于电流检测器41所检测到的负荷转矩，控制单元23检测马达21的锁定。

图2是示出在利用H齿轮驱动电动工具10的情况下、在进行变速的情况下、以及在利用L齿轮驱动电动工具10的情况下的负荷转矩T的图。例如，在利用电动工具10紧固螺钉的情况下，在时间t0开始作业。这样负荷转矩(负荷电流)改变。更具体地，在启动马达21时浪涌电流流入马达21。然后，因所进行的作业而产生的负荷使负荷电流改变。例如，在紧固螺钉的情况下，随着螺钉变得固定(螺钉的螺头接触被紧固对象)，负荷电流增大。在螺钉(紧固长度)较长以及被紧固对象较硬的情况下，负荷电流的增大变得明显。

在时间t1，利用H齿轮驱动电动工具10，并且负荷转矩T达到阈值S1。在这种情况下，控制单元23判断为负荷转矩T满足变速条件并且控制动力传递单元22以从H齿轮变速为L齿轮。这里，控制单元23中断向着马达21的电力供给。

在时间t2，在控制单元23变速为L齿轮之后重新开始向着马达21的电力供给的情况下，产生启动电流。在时间t3，在变速为L齿轮并且随后生成了启动电流(浪涌电流)之后，计时器C开始测量时间。

设置针对变速之后(变速为L齿轮之后)的负荷转矩T的阈值S3(锁定条件)，以使得控制单元23能够检测马达21的锁定。在负荷转矩T达到阈值S3并且计时器C所测量到的经过时间在预定时间段(时间t3～时间t4的时间段)内的情况下，控制单元23判断为发生了锁定并且停止驱动马达21。在变速为L齿轮并且随后生成了启动电流或浪涌电流之后(时间t3)，只要在预定时间段(时间t3～时间t4的时间段)内负荷转矩T没有达到阈值S3，控制单元23还继续驱动马达21。这里，在生成了启动电流之后计时器C测量时间。因而，没有将启动电流与阈值S3进行比较，并且没有基于启动电流来判断马达21的锁定。

现在将说明本实施例的优点。

(1)在负荷转矩(负荷电流)达到为了检测马达21的锁定所设置的锁定阈值S3的情况下，控制单元23停止驱动马达21。该负荷转矩是在从通过控制动力传递单元22来增加减速比起的预定时间段(时间t3～时间t4)内检测到的。在该预定时间段(时间t3～时间t4)内所检测到的负荷转矩没有达到阈值S3的情况下，控制单元23继续驱动马达21。在变速为高转矩齿轮之后在预定时间段内进行锁定检测。这样降低了由于马达21的锁定而导致使用者承受来自电动工具10的冲击的可能性。此外，在变速之后，在经过了预定时间段之后不进行锁定检测。这样确保完成螺钉的紧固(使螺钉固定)。因而，可以精确地检测到马达21的锁定。

(2)控制单元23从在齿轮的变速之后浪涌电流减少并且负荷电流稳定的时间t3起，利用计时器C开始测量时间。由于没有将浪涌电流与阈值S3进行比较，因此不会因浪涌电流而导致马达21的误锁定判断。

本领域技术人员应当显而易见，可以在没有背离本发明的精神或范围的情况下以多种其它特定形式来体现本发明。特别地，应当理解，可以按以下形式来体现本发明。

在以上实施例中，对从计时器C开始测量时间时(时间t3)起直到时间t4为止的预定时间段设置一个锁定阈值S3。然而，可以根据从计时器C开始测量时间起的经过时间来设置预定阈值。例如，如图3所示，从计时器C开始测量时(时间t5)起直到时间t9为止的预定时间段包括四个区间。对这四个区间分别设置四个锁定阈值S4a、S4b、S4c和S4d。将从计时器C开始测量时(时间t5)起直到达到时间t6为止所使用的阈值S4a设置为低于其它阈值S4b、S4c和S4d。将时间t6～时间t7之间所使用的阈值S4b设置为低于阈值S4c和S4d。时间t7和时间t8之间所使用的阈值S4c低于时间t8和时间t9之间所使用的阈值S4d。

在判断为在时间t5～时间t6之间达到了阈值S4a的情况下，控制单元23判断为满足了锁定条件并且停止驱动马达21。在时间t5～时间t6之间没有达到阈值S4a的情况下，控制单元23继续驱动马达21。在判断为在时间t6～时间t7之间达到了阈值S4b的情况下，控制单元23判断为满足了锁定条件并且停止驱动马达21。在时间t6～时间t7之间没有达到阈值S4b的情况下，控制单元23继续驱动马达21。在判断为在时间t7～时间t8之间达到了阈值S4c的情况下，控制单元23判断为满足了锁定条件并且停止驱动马达21。在时间t7～时间t8之间没有达到阈值S4c的情况下，控制单元23继续驱动马达21。在判断为在时间t8～时间t9之间达到了阈值S4d的情况下，控制单元23判断为满足了锁定条件并且停止驱动马达21。在时间t8～时间t9之间没有达到阈值S4d的情况下，控制单元23继续驱动马达21。图3示出继续驱动马达21直到螺钉的紧固完成为止的示例。

如上所述，在控制单元23执行控制以显著增加减速比之后，将用于检测马达21的锁定的阈值S4a、S4b、S4c和S4d设置成随着时间的经过而增大。在负荷转矩达到阈值S4a、S4b、S4c或S4d的情况下，控制单元23停止驱动马达21。在负荷转矩没有达到阈值S4a、S4b、S4c和S4d的情况下，控制单元23继续驱动马达21。在使用者识别出减速比随着时间经过已改变的情况下，保护变得不必要。因而，通过逐渐减缓(增加)锁定阈值，可以提高可操作性。

在上述实施例中，在变速至L齿轮之后再次驱动马达21的情况下，当生成浪涌电流时，计时器C没有开始测量时间。然而，只要如图4所示考虑到浪涌电流来设置阈值(即，只要将阈值设置为大于浪涌电流)，还可以一进行变速就开始时间测量。在图4所示的示例中，在马达21重新开始马达21的驱动时(时间t2)，控制单元23利用计时器C开始测量时间。然后，在重新开始马达21的驱动之后，控制单元23将负荷电流(负荷转矩)与阈值S5a进行比较，直到生成浪涌电流的时间t10为止。在负荷电流(负荷转矩)达到阈值S5a并且停止驱动马达21的情况下，控制单元23判断为满足锁定条件。在负荷电流(负荷转矩)没有达到阈值S5a的情况下，控制单元23继续驱动马达21。然后，在浪涌电流减小并且负荷电流稳定的时间t10～时间t5内，控制单元23将负荷电流(负荷转矩)与阈值S5b进行比较。在负荷电流(负荷转矩)达到阈值S5b并且停止驱动马达21的情况下，控制单元23判断为满足锁定条件。在负荷电流(负荷转矩)没有达到阈值S5b的情况下，控制单元23继续驱动马达21。

该变形例获得了以上实施例的优点(2)。

尽管在以上实施例中没有特别说明，但也可以在选择H齿轮的情况下进行锁定检测。例如，如图2的虚线所示，在时间tx1工具26(马达21)变得锁定的情况下，负荷转矩T突然增大。对于所检测到的负荷转矩T，在控制单元23中设置用于从H齿轮变速为L齿轮的阈值S1(变速条件)和用于检测马达21的锁定的阈值S2(锁定条件)。将阈值S2设置为比阈值S1大的转矩值。

在非常短的时间段内负荷转矩T超过阈值S1并且突然增大至阈值S2的情况下，控制单元23判断为马达21被锁定并且使马达21停止(时间tx2)。也就是说，在非常短的时间段内负荷转矩T超过变速阈值S1并且突然增大至阈值S2的情况下，控制单元23判断为发生了马达21的锁定。在得出这种锁定判断的情况下，即使负荷转矩T超过阈值S1，控制单元23也不进行向着L齿轮的变速。

尽管在以上实施例中没有特别说明，但如图1所示，可以使用用于检测马达21的转动速度的转动检测器51来检测马达21的锁定。转动检测器51例如配置在马达21的转动轴24上。转动检测器51固定至转动轴24从而与转动轴24一体地转动。此外，转动检测器51包括：传感器磁体52，其具有多个磁极；以及霍尔(Hall)元件53，其被配置成与传感器磁体52相对。霍尔元件53将表示由于传感器磁体52的转动所引起的磁通量的变化的检测信号提供至控制单元23。控制单元23基于来自转动检测器51的检测信号来检测马达21的转动速度。控制单元23还根据转动速度的变化来检测马达21的锁定。更具体地，控制单元23基于转动检测器51所检测到的马达21的转动速度来检测锁定。在马达21锁定的情况下，马达21的转动速度突然下降。因此，控制单元23被配置为基于负荷转矩T和转动速度这两者来检测锁定。例如，即使在负荷转矩T超过阈值S2的情况下，只要转动速度没有下降或者转动速度的下降速率低，控制单元23就判断为马达21没有被锁定。这样提高了锁定检测精度。

在以上实施例中，负荷转矩T是根据供给至马达21的负荷电流间接检测到的。然而，并不局限于这种结构。例如，可以直接测量施加至输出轴25的转矩。

在以上实施例中，电动工具10可以包括加速度传感器，其中该加速度传感器用于检测电动工具10(主体11)在输出轴25的转动方向上的移动。

例如，如图5所示，在电动工具10的主体11中，控制单元23内置于用于安装电池组12的电池组安装件61中。在控制单元23的基板上配置有加速度传感器62。在工具26(输出轴25)变得锁定由此导致电动工具10转动的情况下，加速度传感器62将电动工具10的移动转检测为加速度并且将表示该加速度的检测信号提供至控制单元23。图5所示的箭头63表示锁定时的电动工具10的转动方向，并且箭头64表示所检测到的加速度分量的方向。该结构使得控制单元23能够判断锁定是否引起电动工具的移动、即马达21是否被锁定。

随着相对于工具26的转动轴(输出轴25)的距离的增大，电动工具10的加速度增大。因此，可以通过在与转动轴分开尽可能远的位置处配置加速度传感器62来提高锁定检测精度。加速度传感器62可以配置在电动工具10的主体11和电池组12之间。可选地，加速度传感器62可以内置在电池组12中。在这些情况的每一种情况下，加速度传感器62被配置为将检测信号发送至控制单元23。

可以根据电动工具10的结构来改变加速度传感器62所检测到的加速度的方向和分量等。例如，图6示出锯等的电动工具10。在这种情况下，工具26(圆形锯)的转动方向和电动工具10的保持形式不同于图5所示的钻头驱动器。因而，基于马达21锁定的情况下电动工具10移动的方向来设置加速度传感器62所检测到的加速度分量。

在以上实施例中，动力传递单元22切换至两个减速比的其中一个。作为代替，动力传递单元22可以切换至三个以上的减速比的其中一个。

在以上实施例中，变速致动器27是马达致动器。然而，驱动源没有必要一定是马达并且可以是螺线管等。

在以上实施例中，电动工具10是钻头驱动器。作为代替，电动工具10可以是诸如冲击起子、冲击扳手、冲击钻孔器、振动钻孔器、竖锯或密封枪等的不同类型。

在以上实施例中，在增加减速比之后，随着在重新开始马达21的驱动的情况下检测到的负荷电流变得低于为了检测马达21的锁定所设置的阈值，控制单元23可以利用计时器C开始测量时间。

这样避免了基于重新开始马达的驱动时所产生的浪涌电流而作出马达锁定的误判断。因而，可以以更高的精度检测锁定。

这些例子和实施例应被认为是示例性而并非限制性的，并且本发明不局限于这里给出的详细内容，而且可以在所附权利要求书的范围及其等同结构内对本发明进行修改。

Claims (6)

1.一种电动工具，包括：

马达；

输出轴；

动力传递单元，用于将所述马达的转动动力传递至所述输出轴，其中，所述动力传递单元根据能够改变的减速比来减小与所述转动动力有关的转动速度；

变速致动器，用于改变所述动力传递单元的减速比；

转矩检测器，用于检测施加至所述输出轴的负荷转矩；以及

控制单元，用于根据检测到的负荷转矩来控制所述变速致动器以改变所述动力传递单元的减速比，

其中，所述电动工具的特征在于：

在检测到的负荷转矩达到第一阈值的情况下，所述控制单元进行控制以增大所述动力传递单元的减速比；

在从增大所述动力传递单元的减速比起直到经过了特定时间量为止的预定时间段内、检测到的负荷转矩达到为了检测所述马达的锁定所设置的第二阈值的情况下，所述控制单元停止驱动所述马达；以及

在所述预定时间段内、检测到的负荷转矩没有达到所述第二阈值的情况下，所述控制单元继续驱动所述马达。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

为了检测锁定所设置的所述第二阈值被设置成在增大所述动力传递单元的减速比之后随着时间的经过而改变；

在检测到的负荷转矩达到随着时间的经过而改变的所述第二阈值的情况下，所述控制单元停止驱动所述马达；以及

在检测到的负荷转矩没有达到随着时间的经过而改变的所述第二阈值的情况下，所述控制单元继续驱动所述马达。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

为了检测锁定所设置的所述第二阈值被设置成在增大所述动力传递单元的减速比之后随着时间的经过而增大；

在检测到的负荷转矩达到随着时间的经过而增大的所述第二阈值的情况下，所述控制单元停止驱动所述马达；以及

在检测到的负荷转矩没有达到随着时间的经过而增大的所述第二阈值的情况下，所述控制单元继续驱动所述马达。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，

所述预定时间段包括第一区间、第二区间、第三区间和第四区间；

为了检测锁定所设置的所述第二阈值在所述第一区间内取第一值，在所述第二区间内取第二值，在所述第三区间内取第三值，并且在所述第四区间内取第四值；

所述第一值小于所述第二值；

所述第二值小于所述第三值；以及

所述第三值小于所述第四值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动工具，其特征在于，所述控制单元还包括计时器，所述计时器用于在对所述动力传递单元进行用于增大所述减速比的控制后浪涌电流流入所述马达之后，开始测量时间。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的电动工具，其特征在于，还包括：

加速度传感器，用于检测所述电动工具的加速度，并且将表示所述加速度的检测信号提供至所述控制单元，

其中，所述控制单元基于所述检测信号来判断所述马达是否被锁定。