CN103659748B

CN103659748B - 电动工具

Info

Publication number: CN103659748B
Application number: CN201310408213.3A
Authority: CN
Inventors: 岩村则宏; 松本宏司; 池田昌树
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: EP2708329B1; JP2014054707A; JP5963136B2; EP2708329A1; CN103659748A

Abstract

一种电动工具，其抑制减速比的不期望变化。控制单元(23)根据检测到的负荷转矩来对变速致动器(27)进行控制以改变动力传递单元(22)的减速比。在改变减速比之后，在环形齿轮(RG)没有位于与改变后的减速比相对应的目标位置的情况下、即在凸轮(30)没有位于第一啮合位置或第二啮合位置的情况下，控制单元(23)使用变速致动器(27)来使凸轮(30)再次枢转并且使环形齿轮(RG)移动。

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描述了包括动力传递单元和控制单元的电动工具的示例。该动力传递单元使与马达所产生的转动动力有关的转动速度减速。该控制单元对该动力传递单元进行控制以自动改变该动力传递单元的减速比。

电动工具包括输出轴和连接至该输出轴的前端工具(刀头)。电动工具检测施加至输出轴的负荷转矩，并且基于检测到的负荷转矩来将用于改变动力传递单元的减速比的控制信号提供至变速致动器。在利用变速致动器将减速比改变为预定值的情况下，控制单元停止输出该控制信号并且停止该变速致动器。

发明内容

在这种电动工具中，变速致动器在改变减速比之后停止工作。这可能会由于因工作中的振动或机械组件的磨损所引起的齿轮的移位而导致减速比偏离预定值。因直到致动器的马达完全停止为止的惯性转动所引起的移位也可能会导致减速比偏离预定值。

本发明的目的是提供一种用于抑制减速比的不期望变化的电动工具。

本发明的一个方面是一种电动工具，包括：马达；动力传递单元，用于根据能够改变的减速比来使与所述马达的转动动力有关的转动速度减速，并且将所述转动动力传递至所述电动工具的输出轴，其中所述动力传递单元包括为了改变所述减速比而移动的切换构件；变速致动器，用于使所述切换构件移动以改变所述动力传递单元的所述减速比；位置检测器，用于检测所述切换构件的位置，并且生成检测信号；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，用于根据所述转矩检测器所检测到的负荷转矩来对所述变速致动器进行控制，以改变所述动力传递单元的所述减速比，其中，所述控制单元在改变所述减速比之后，利用所述位置检测器所生成的检测信号来判断所述切换构件是否位于与所述减速比相对应的目标位置；以及在判断为所述切换构件没有位于所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以使所述切换构件移动至所述目标位置。

优选地，在以上结构中，在所述控制单元利用所述位置检测器所生成的检测信号判断为所述切换构件没有位于与所述减速比相对应的所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以在使所述变速致动器的工作速度减速的状态下、使所述切换构件移动至所述目标位置。

优选地，在以上结构中，在改变所述减速比之后，在所述控制单元利用所述位置检测器所生成的检测信号判断为所述切换构件没有位于与所述减速比相对应的所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以使所述切换构件移动至所述目标位置；以及在经过了预定时间之后，在所述控制单元判断为所述切换构件没有位于所述目标位置的情况下，所述控制单元停止驱动所述变速致动器。

优选地，在以上结构中，在改变所述减速比之后，在所述控制单元利用所述位置检测器所生成的检测信号判断为所述切换构件没有位于与所述减速比相对应的所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以使所述切换构件以进一步远离所述目标位置的方式移动、之后使所述切换构件移动至所述目标位置。

优选地，在以上结构中，所述位置检测器按预定周期检测所述切换构件的位置并且生成所述检测信号。

优选地，在以上结构中，在对所述变速致动器进行控制以使所述切换构件移动的情况下，所述控制单元使用所述位置检测器所生成的检测信号，根据所述切换构件的位置来改变所述变速致动器使所述切换构件移动的速度。

本发明提供一种用于抑制减速比的不期望变化的电动工具。

附图说明

图1是根据一个实施例的电动工具的示意图；

图2是图1所示的电动工具的示意图；

图3是图1的电动工具中的自动变速装置的平面图；

图4是说明图1所示的电动工具的操作示例的图；

图5是说明变形例的电动工具的操作示例的图；

图6是说明变形例的电动工具的操作示例的图；

图7是说明变形例的电动工具的操作示例的图；以及

图8是说明变形例的电动工具的操作示例的图。

具体实施方式

参考图1，本实施例的电动工具10例如用作钻头驱动器，并且包括主体11和以能够移除的方式安装至主体11的电池组12。主体11包括：马达21，其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，用于使与来自马达21的转动动力有关的转动速度减速；以及控制单元23，用于对电动工具10进行控制。电池组12包括由多个电池单元(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。包括减速机构和离合器机构的动力传递单元22连接至转动轴24。动力传递单元22使与从马达21获得的转动动力有关的转动速度减速，并且将该转动动力传递至输出轴25。动力传递单元22包括H齿轮和L齿轮这两个减速齿轮、以及用作切换构件的环形齿轮RG(参考图2)。环形齿轮RG在输出轴25的轴方向上移动并且与这两个齿轮的其中一个啮合。这使得能够分两级改变减速比。在本实施例中，环形齿轮RG在第一啮合位置处与H齿轮啮合。图2示出由虚线表示的两个啮合位置，并且第一啮合位置是后侧的啮合位置。在环形齿轮RG位于第一啮合位置的情况下，减速比相对较低，因而，电动工具10以转动速度高且转矩低的模式进行工作。

此外，在环形齿轮RG远离第一啮合位置而向着前方移动的情况下，环形齿轮RG与H齿轮分离。随着环形齿轮RG移动至作为由虚线表示的前侧的啮合位置的第二啮合位置，环形齿轮RG与L齿轮啮合。在环形齿轮RG位于第二啮合位置的情况下，减速比相对较高。因而，电动工具10以转动速度低且转矩高的模式进行工作。

这样，在环形齿轮RG从第一啮合位置移动至第二啮合位置的情况下，动力传递单元22将工作模式从减速比低的高速转动-低转矩模式切换至减速比高的低速转动-高转矩模式。作为对比，在环形齿轮RG从第二啮合位置移动至第一啮合位置的情况下，动力传递单元22将工作模式从减速比高的低速转动-高转矩模式切换至减速比低的高速转动-低转矩模式。

输出轴25的前端连接有前端工具26(刀头)。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的情况下，前端工具26连同输出轴25一起转动。

电动工具10包括变速致动器27，其中该变速致动器27通过使动力传递单元22的环形齿轮RG移动来改变减速比。变速致动器27包括变速马达27a、减速单元27b和输出单元27c。变速马达27a产生正方向和反方向上的转动。减速单元27b使与变速马达27a所产生的驱动动力有关的转动速度减速。输出单元27c利用减速单元27b所传递的驱动动力进行转动。输出单元27c是如图3所示的输出齿轮并且与动力传递单元22的凸轮30啮合。凸轮30包括主体31和啮合块35。主体31呈圆弧状并且沿着环形齿轮RG的外表面延伸。啮合块35相对于主体31向着径向外侧突出。

主体31包括在主体31的圆周方向上的两端附近延伸的凸轮孔31a和31b。凸轮孔31a和31b各自包括：第一保持部32a和第二保持部32b，其在输出轴25的轴方向和主体31的圆周方向上彼此分离；以及连接部32c，用于使第一保持部32a和第二保持部32b相连接。啮合块35包括形成与输出单元27c啮合的齿条35a的圆弧状表面。

如图3所示，动力传递单元22包括容纳圆筒状的环形齿轮RG的齿轮箱22a。齿轮箱22a包括与凸轮30的主体31的内表面相对并且间隔开预定距离的外壁。槽部RGa沿着环形齿轮RG的圆周方向上的外表面延伸。环形齿轮RG包括嵌合至槽部RGa并且相对于环形齿轮RG能够移动的支撑构件51。

支撑构件51包括：半圆弧状的支撑本体52，其沿着环形齿轮RG的外表面延伸；以及两个插入销53a和53b，其从支撑本体52的两端向着径向外侧呈直线状延伸。齿轮箱22a包括两个插入孔22b。支撑构件51的插入销53a和53b贯通齿轮箱22a的两个插入孔22b和凸轮30的两个凸轮孔31a和31b。

如图3所示，在输出单元27c与齿条35a的一端(如从图观看到的右端)的齿部啮合的情况下，支撑构件51的插入销53a配置于凸轮孔31a的第二保持部32b处，并且支撑构件51的插入销53b配置于凸轮孔31b的第二保持部32b处。在这种情形下，环形齿轮RG配置于第二啮合位置(图2中由虚线表示的前侧的啮合位置)，并且减速比被设置为低速转动模式。

在输出单元27c以图3所示的位置在顺时针方向上转动的情况下，凸轮30在逆时针方向上枢转。在输出单元27c转动了预定转动角度α1的情况下，凸轮30的齿条35a的另一侧的齿部变成与输出单元27c啮合。这里，支撑构件51的插入销53a配置于凸轮孔31a的第一保持部32a处，并且支撑构件51的插入销53b配置于凸轮孔31b的第一保持部32a处。此外，环形齿轮RG伴随着凸轮30的枢转而从第二啮合位置移动至第一啮合位置(图2中由虚线表示的后侧的啮合位置)，并且减速比从低速转动模式改变为高速转动模式。

变速致动器27包括位置检测器27d，其中该位置检测器27d用于检测输出单元27c的转动量。位置检测器27d的阻抗根据输出单元27c的转动角度(转动量)而改变。基于阻抗的变化，位置检测器27d检测环形齿轮RG相对于移动方向(输出轴25的轴方向)的位置。

向变速致动器27供给来自控制单元23所控制的变速驱动器28的电力。变速致动器27在经由变速驱动器28的控制单元23的控制下切换动力传递单元22的减速级(减速齿轮)。此外，控制单元23基于从电池组12供给的调压电力进行工作。变速驱动器28例如由使用开关元件(例如，FET)的H桥电路构成。控制单元23向变速驱动器28提供控制信号。基于该控制信号，变速驱动器28控制变速致动器27内的马达的转动方向，并且对供给至变速致动器27的电力进行PWM控制。

如图1所示，电动工具10包括开关驱动电路29，其中该开关驱动电路29连接至控制单元23并且例如由使用多个开关元件(例如，FET)的H桥电路构成。开关驱动电路29向马达21供给电力以利用马达21进行驱动并产生转动。控制单元23对开关驱动电路29进行PWM控制并且对从电池组12供给至马达21的电力进行控制。换句话说，控制单元23经由开关驱动电路29控制供给至马达21的电力。这样控制了马达21的转动速度。

电动工具10包括使用者可以操作的触发开关Tr。启用和停用触发开关Tr以使马达21启动和停止。此外，触发开关Tr将与触发开关Tr的操作量(触发器的拉下量)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Tr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21并且调整马达21的转动速度。

电动工具10包括电流检测器41，其中该电流检测器41配置在开关驱动电路29和马达21之间，用于检测供给至马达21的驱动电流。电流检测器41包括检测电阻器42和放大电路43(运算放大器)。检测电阻器42连接在开关驱动电路29和马达21之间。放大电路43放大检测电阻器42的端子间的电压以生成提供至控制单元23的检测信号。电流检测器41按预定采样周期向控制单元23提供检测信号。控制单元23基于来自电流检测器41的检测信号来检测驱动电流。此外，控制单元23基于检测到的驱动电流和在检测驱动电流时动力传递单元22切换至的减速级来检测施加至输出轴25(前端工具26)的负荷转矩。控制单元23还基于检测到的负荷转矩来检测马达21的锁定，并且根据该检测来控制马达21。

优选地，电动工具10包括转动检测器61，其中该转动检测器61配置在马达21的输出轴24上，用于检测马达21的转动速度。转动检测器61包括：传感器磁体62，其设置有固定至转动轴24并且与转动轴24一体转动的磁极；以及霍尔(Hall)元件63，其被配置成与传感器磁体62相对。霍尔元件63将与基于传感器磁体62的转动的磁通量的变化相对应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61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。

在电动工具10中，控制单元23基于控制单元23检测到的负荷转矩来控制变速致动器27并且自动切换动力传递单元22的减速级。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转动；行星齿轮，其与恒星齿轮啮合；以及环形齿轮RG，其与行星齿轮啮合。变速致动器27使环形齿轮RG移动以改变与该环形齿轮RG啮合的行星齿轮。这样控制了动力传递单元22的减速级。控制单元23基于来自位置检测器27d的检测信号来判断变速致动器27是否已使环形齿轮RG移动至正确位置，并且相应地控制变速致动器27。

在使用者拉下触发开关Tr时，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Tr的输出信号来控制开关驱动电路29，以启动和停止马达21并且控制马达21的转动速度。动力传递单元22使与来自马达21的转动动力有关的转动速度减速，并且将该转动动力传递至输出轴25以使前端工具26转动。控制单元23根据负荷转矩使动力传递单元22的减速级改变成H齿轮或L齿轮。在这种情况下，在负荷转矩相对较低的情况下在动力传递单元22中选择H齿轮，以按低转矩的高速转动来驱动前端工具26。在启动电动工具10时，在动力传递单元22中选择H齿轮。在负荷转矩增加并且超过预定转矩的情况下，在动力传递单元22中选择L齿轮。这样以高转矩的低速转动来驱动前端工具26。此外，控制单元23基于来自转动检测器61和电流检测器41的检测信号来判断是否正发生马达21的锁定，并且在检测到锁定时停止马达21。

现在将说明电动工具10中的变速(减速比改变)的操作示例。

参考图1～4，在时刻t0满足变速条件的情况下，控制单元23驱动变速致动器27以使凸轮30枢转并且使环形齿轮RG移动。结果，环形齿轮RG从H齿轮变速为L齿轮并且使减速比改变。然后，在时刻t1，在控制单元23基于位置检测器27d的检测信号判断为输出单元27c转动了预定转动角度α1并且输出单元27c到达了目标位置的情况下，控制单元23停止变速致动器27的马达27a并且结束该变速操作。

本实施例的变速马达27a不包括作为在电源供给被切断时利用再生二极管立即停止该马达的功能的制动功能。因而，变速马达27a在电源供给被切断之后继续惯性转动。该惯性转动继续使凸轮30枢转。凸轮30的枢转导致凸轮30的第二保持部32b撞击支撑构件51的插入销53a和53b。该撞击可能会产生使凸轮30在与预定方向相反的方向上枢转的反作用力(时刻t2)。此外，例如，工作中的振动可能会使凸轮30(变速凸轮板)偏离预定位置。

因而，在时刻t3，在从变速操作结束(时刻t1)起经过了预定时间、并且控制单元23根据位置检测器27d的检测信号判断为凸轮30没有位于预定位置的情况下，控制单元23驱动变速致动器27的马达27a并且使凸轮30枢转以使环形齿轮RG移动至该预定位置(时刻t4)。在这种情况下，控制单元23改变变速致动器27的马达27a的占空比，以使得马达27a所产生的转动与正常变速操作的转动相比变慢。然后，在控制单元23使凸轮30枢转并且根据位置检测器27d的检测信号判断为输出单元27c(环形齿轮RG)到达了目标位置的情况下，控制单元23停止驱动变速致动器27的马达27a并且结束变速致动器27的控制。

本实施例具有以下所述的优点。

(1)控制单元23根据检测到的负荷转矩来对变速致动器27进行控制以改变动力传递单元22的减速比。在改变减速比之后，在环形齿轮RG(凸轮30)没有位于与改变后的减速比相对应的目标位置(第一啮合位置或第二啮合位置)的情况下，控制单元23利用变速致动器27再次使凸轮30枢转以使环形齿轮RG移动。因而，在改变减速比之后，可以抑制减速比的不期望改变。

(2)在利用位置检测器27d的检测信号判断为环形齿轮RG没有位于与减速比相对应的目标位置的情况下，变速致动器27以比正常慢的工作速度进行工作，以使环形齿轮RG移动至与改变后的减速比相对应的目标位置。因而，例如，在切断针对变速马达27a的电源供给之后，即使在不存在制动功能的情况下也可以补偿变速马达27a的惯性转动量。更具体地，在凸轮30的第二保持部32b撞击支撑构件51的插入销53a和53b的情况下，反作用力使凸轮30在与预定方向相反的方向上移动了所补偿的量。

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，本发明可以按以下形式来体现。

在以上实施例中，可以添加以下所述的控制处理。

参考图5，在改变减速比之后，在控制单元23利用位置检测器27d的检测信号判断为凸轮30没有位于与减速比相对应的目标位置的情况下(t5)，控制单元23对变速致动器27(马达27a)进行控制以使环形齿轮RG移动至与减速比相对应的目标位置。然后，在经过了预定时间之后(时刻t6)，在控制单元23判断为凸轮30没有位于与减速比相对应的目标位置的情况下，控制单元23停止驱动变速致动器27(马达27a)。通过进行这种控制，可以在无需强制使环形齿轮RG移动至目标位置的情况下停止变速致动器27的操作。这样降低了对变速致动器27和动力传递单元22造成损坏的风险。

参考图6，控制单元23可以按预定周期检测环形齿轮RG的位置。这样，通过多次检测环形齿轮RG的位置，每当环形齿轮RG与目标位置分离时，可以使环形齿轮RG移动至目标位置。

参考图7，在改变减速比之后，在控制单元23利用位置检测器27d的检测信号判断为凸轮30没有位于与减速比相对应的目标位置的情况下，控制单元23使环形齿轮RG以进一步远离目标位置的方式移动(时刻t7)。然后，控制单元23对变速致动器27进行控制以使环形齿轮RG移动至与减速比相对应的目标位置(时刻t8)。

在使环形齿轮RG移动时，控制单元23可以根据环形齿轮RG的位置，使用位置检测器27d的检测信号来改变环形齿轮RG移动的速度。例如，如图8所示，在时刻t10满足变速条件的情况下，控制单元23驱动变速致动器27(马达27a)并且使凸轮30枢转。控制单元23以100%的占空比驱动马达27a，直到时刻t11为止。然后，控制单元23以60%的占空比驱动马达27a。然后，控制单元23以40%的占空比驱动马达27a，直到在时刻t14处变速完成为止。在变速完成时(时刻t14)，控制单元23停止驱动马达27a。这样，控制单元23使马达27a的转动速度从开始变速时起逐渐减速以使环形齿轮RG的移动速度减速。这种控制减少了由于凸轮30因惯性而撞击支撑构件31的情况下产生的反作用力所引起的该凸轮30在与预定方向相反的方向上移动的量。

在以上实施例中，在从H齿轮变速为L齿轮之后(在改变减速比之后)，在检测环形齿轮RG的位置并且凸轮30没有位于作为目标位置的第二啮合位置的情况下，使环形齿轮RG移动至第二啮合位置。然而，并不局限于这种控制。例如，在从L齿轮变速为H齿轮之后(在改变减速比之后)，在检测环形齿轮RG的位置并且凸轮30没有位于作为目标位置的第一啮合位置的情况下，可以使环形齿轮RG移动至第一啮合位置。

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

在以上实施例中，变速致动器27是马达致动器。然而，变速致动器27并非必须使用马达作为驱动源，并且作为代替，还可以使用螺线管等。

在以上实施例中，检测马达锁定。然而，可以省略该检测。

在以上实施例中，电动工具10体现为钻头驱动器，但还可以体现为诸如冲击起子、冲击扳手、冲击钻孔器、振动钻孔器、竖锯和密封枪等的不同类型的电动工具。

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

1.一种电动工具，包括：

马达；

动力传递单元，用于根据能够改变的减速比来使与所述马达的转动动力有关的转动速度减速，并且将所述转动动力传递至所述电动工具的输出轴，其中所述动力传递单元包括为了改变所述减速比而移动的切换构件；

变速致动器，用于使所述切换构件移动以改变所述动力传递单元的所述减速比，其中，所述变速致动器不包括制动功能；

位置检测器，用于检测所述切换构件的位置，并且生成检测信号；

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，用于根据所述转矩检测器所检测到的负荷转矩来对所述变速致动器进行控制，以改变所述动力传递单元的所述减速比，

其中，所述控制单元在改变所述减速比之后从变速操作结束起经过了预定时间的情况下，利用所述位置检测器所生成的检测信号来判断所述切换构件是否位于与所述减速比相对应的目标位置；以及

在判断为所述切换构件没有位于所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以使所述切换构件移动至所述目标位置。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

在所述控制单元利用所述位置检测器所生成的检测信号判断为所述切换构件没有位于与所述减速比相对应的所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以在使所述变速致动器的工作速度减速的状态下、使所述切换构件移动至所述目标位置。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，

在改变所述减速比之后，在所述控制单元利用所述位置检测器所生成的检测信号判断为所述切换构件没有位于与所述减速比相对应的所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以使所述切换构件移动至所述目标位置；以及

在经过了所述预定时间之后，在所述控制单元判断为所述切换构件没有位于所述目标位置的情况下，所述控制单元停止驱动所述变速致动器。

4.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，

在改变所述减速比之后，在所述控制单元利用所述位置检测器所生成的检测信号判断为所述切换构件没有位于与所述减速比相对应的所述目标位置的情况下，所述控制单元对所述变速致动器进行控制，以使所述切换构件以进一步远离所述目标位置的方式移动、之后使所述切换构件移动至所述目标位置。

5.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，

所述位置检测器按预定周期检测所述切换构件的位置并且生成所述检测信号。

6.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，

在对所述变速致动器进行控制以使所述切换构件移动的情况下，所述控制单元使用所述位置检测器所生成的检测信号，根据所述切换构件的位置来改变所述变速致动器使所述切换构件移动的速度。