CN103659749A

CN103659749A - 电动工具

Info

Publication number: CN103659749A
Application number: CN201310409835.8A
Authority: CN
Inventors: 岩村则宏; 池田昌树
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: JP2014054708A; EP2724823B1; EP2724823A1; CN103659749B

Abstract

一种电动工具，其包括控制单元(23)，其中该控制单元(23)用于在动力传递单元(22)的减速比低的情况下，在电压传感器(S)检测到的电池电压变得小于或等于预定电压时，对变速致动器(27)进行控制以增大动力传递单元(22)的减速比。通过这样增大减速比，可以降低电池组(12)的内部阻抗的影响。这样使得能够继续使用电动工具并且提高可操作性。此外，在动力传递单元(22)的减速比相对较高的情况下，在电压传感器(S)检测到的电池(12)的电池电压变得小于或等于预定电压时，控制单元(23)停止驱动马达(21)。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具。

背景技术

电动工具包括动力传递单元和控制单元。该动力传递单元使从马达获得的转动动力的转动速度减速。该控制单元对该动力传递单元进行控制并且自动改变该动力传递单元的减速比(例如，参见日本特开平11-90845)。这种电动工具包括输出轴和连接至该输出轴的前端工具(刀头)。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。控制单元基于检测到的负荷转矩来改变动力传递单元的减速比。

发明内容

在上述电动工具中，期望消除电池组的过放电。在电池组的输出电压变得低于预定值的情况下，可以使马达停止从而停止电池组的放电。

然而，电池组包括电池单元的内部阻抗以及配线之间的阻抗。随着放电电流的增加，电池单元的内部阻抗以及配线之间的阻抗使电压下降增大。这样导致实际电池电压降低。因而，尽管电池的实际充电状态仍是充足的，但诸如启动马达所使用的电流或马达锁定时所使用的电流等的电流值大的放电电流的生成可能会导致电池组的电压低于或等于预定值并且使马达停止。

本发明的目的是提供一种用于提高可操作性的电动工具。

本发明的一个方面是一种电动工具，包括：马达，用于生成转动动力；电池，用于向所述马达供给电力；电压传感器，用于检测所述电池的电池电压；动力传递单元，用于将来自所述马达的转动动力传递至输出轴，其中所述动力传递单元被配置为使与所述转动动力有关的转动速度减速并且能够改变减速比；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对所述变速致动器进行控制，以改变所述动力传递单元的减速比，在所述动力传递单元的减速比相对较低的情况下，在所述电压传感器检测到的所述电池的电池电压变得小于或等于预定电压时，所述控制单元对所述变速致动器进行控制以增大所述动力传递单元的减速比；以及在所述动力传递单元的减速比相对较高的情况下，在所述电压传感器检测到的所述电池的电池电压变得小于或等于预定电压时，所述控制单元停止驱动所述马达。

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是说明图1所示的电动工具的操作的示例的图；

图3是示出电池组中的内部温度和内部阻抗的关系的图；以及

图4是示出针对不同的减速比的转矩和电流值的关系的图。

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，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，用于使来自马达21的转动动力的速度减速；以及控制单元23，用于对电动工具10进行控制。电池组12包括包含多个电池单元(例如，锂离子单元)的可再充电电池。主体11包括用于检测电池组12的电池电压的电压传感器S。电压传感器S由分压电阻器构成。电压传感器S将与电池组12的电池电压的分压比相对应的电压供给至控制单元23。

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使从马达21获得的转动动力的转动速度减速，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。因而，可以分两级改变动力传递的减速比。输出轴25的前端连接有前端工具26(刀头)。因此，电动工具10被配置为通过将来自马达21的转动动力经由动力传递单元22传递至输出轴25来使前端工具26连同输出轴25一起转动。动力传递单元22被设置成L齿轮的减速比大于H齿轮的减速比。因而，L齿轮使得能够进行高转矩的低速转动。

动力传递单元22包括变速致动器27。可以是马达致动器的变速致动器27改变动力传递单元22的减速比。控制单元23对变速驱动器28进行控制以向变速致动器27供给特定量的驱动电力。变速致动器27利用从变速驱动器28所供给的驱动电力进行工作。因此，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)。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。变速驱动器28改变马达的转动方向并且进行PWM控制以向变速致动器27供给驱动电力。

电动工具10的主体11包括例如由使用开关元件(例如，FET)的H桥电路构成的开关驱动电路29。开关驱动电路29向马达21供给驱动电力。马达21基于来自开关驱动电路29的驱动电力产生转动。控制单元23对开关驱动电路进行控制并且对来自电池组12的电力进行PWM控制以向马达21供给驱动电力。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的主体11包括使用者可以操作的触发开关31。由使用者启用和停用的触发开关31启动和停止马达21。此外，触发开关31将与触发开关31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31的输出信号来控制由开关驱动电路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的主体11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的负荷电流(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。控制单元23基于按预定采样周期获取到的来自电流检测器41的检测信号来检测负荷电流。此外，控制单元23基于检测到的负荷电流和在检测负荷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。

在电动工具10中，控制单元23基于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。动力传递单元22的该减速机构包括：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；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。这样控制了动力传递单元22的减速级。电动工具10的主体11可以包括驱动状态检测器，其中该驱动状态检测器用于检测变速致动器27是否已使环形齿轮移动至正确位置并且将相应的检测信号提供至控制单元23。在这种情况下，控制单元23将基于该驱动状态检测器的检测信号来控制变速致动器27。

在电动工具10中，在使用者拉下触发开关31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31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使马达21的转动动力传递至输出轴25并且使前端工具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。更具体地，在负荷转矩小的情况下在动力传递单元22中选择H齿轮，以按小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。此外，控制单元23基于来自电流检测器41的检测信号来检测马达21的锁定并且停止马达21。在选择L齿轮的情况下，控制单元23基于电流检测器41所检测到的负荷转矩(电流)以及时间元素来检测马达21的锁定。此外，电动工具10利用电压传感器S检测电池组12的电池电压，并且根据检测到的电池电压使动力传递单元22从H齿轮变速为L齿轮。

现在将参考图1和2来说明电动工具10的基于电池电压的操作的示例。

参考图2，在时刻t1，在使用者拉下并且启用触发开关31时，控制单元23利用开关驱动电路29驱动马达21。这里，动力传递单元22变速为减速比相对较低的H齿轮。动力传递单元22包括多个(在本实施例中为两个)减速比，并且相对较低的减速比是指这两个减速比中的较小减速比。

在时刻t2，在浪涌电流流向马达21时，电压传感器S测量到的电池组12的电池电压变得小于或等于预定电压V1，并且控制单元23利用开关驱动电路29停止马达21。

从时刻t2到时刻t3，控制单元23利用变速驱动器28控制变速致动器27以使动力传递单元22从H齿轮变速为减速比相对较高的L齿轮。参考图3，在温度低的情况下，化学反应变得缓慢。这样增加了电池组12的内部阻抗。因此，在电流流向低温的电池单元时，与温度高的情况相比，电池单元的电压下降变得较大。此外，参考图4，在转矩相同的情况下，随着减速比的减小，马达电流增加，并且随着减速比的增大，马达电流减少。因而，即使在电池电压小于或等于预定电压V1的情况下，也可以使减速比增大以减少马达电流并由此降低电池组12的内部阻抗的影响。这样使得使用者能够在现有技术中无法使用电动工具10的条件下使用电动工具10而无需进行任何特殊作业。

控制单元23使动力传递单元22变速为L齿轮。在时刻t5，由于流向马达21的浪涌电流，因而电压传感器S检测到电池组12的电池电压小于或等于预定电压。基于电压传感器S的检测，控制单元23利用开关驱动电路29停止马达21。

现在将说明本发明的优点。

(1)在动力传递单元22的减速比小并且电压传感器S检测到的电池电压变得小于或等于预定电压V1的情况下，控制单元23对变速致动器27进行控制，以使得动力传递单元22的减速比相对较高。这样降低了电池组12的内部阻抗的影响。因而，使用者可以继续使用电动工具10。这样提高了电动工具10的可操作性。此外，在动力传递单元22的减速比高并且电压传感器S检测到的电池电压变得小于或等于预定电压V1的情况下，控制单元23停止驱动马达21。这样使得能够消除电池组12的过放电。

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，可以检测电池组12的温度，并且仅在检测到的温度低并且小于或等于预定温度X的情况下才可以进行图2所示的控制。这是因为：在电池组12的内部温度低时电池组12的内部阻抗增加，并且在电池组12的温度低时电池电压容易变得小于或等于预定电压V1。在电池组12是锂离子电池的情况下，可以将该预定温度设置为约5℃，尽管并不局限于这种温度。

在以上实施例中，如图1所示，可以使用转动检测器51，基于马达21的转动速度来检测马达21的锁定。转动检测器51可以配置在马达2的输出轴24上。转动检测器51包括：传感器磁体52，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53，其被配置成与传感器磁体52相对。霍尔元件53将表示基于传感器磁体52的转动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根据转动检测器51检测到的马达21的转动速度来检测马达21的锁定。在马达21中发生锁定的情况下，马达21的转动速度急剧下降。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马达21的锁定。例如，即使在负荷转矩T超过锁定检测阈值的情况下，只要转动速度没有降低或转动速度的减速速率较低，控制单元23也判断为没有发生马达21的锁定。这样提高了马达21的锁定的检测精度。

在以上实施例中，对马达21进行锁定检测。然而，并非必须对马达21进行锁定检测。

在以上实施例中，根据供给至马达21的负荷电流来间接地检测负荷转矩T。作为代替，可以直接测量施加至输出轴25的转矩。

在以上实施例中，动力传递单元22对两个减速级进行切换。作为代替，动力传递单元22可以对三个以上的减速级(减速齿轮)进行切换。在对三个以上的减速级进行切换的情况下，如果选择减速比最小的齿轮并且电池电压变得小于或等于预定值V1，则控制单元23对变速致动器27进行控制并且使动力传递单元22变速为例如减速比第二大的齿轮。在这种情况下，在电池电压变得小于或等于预定值V1的情况下，控制单元23对变速致动器27进行控制并且使动力传递单元22变速为例如减速比最大的齿轮。这样，通过逐渐增大减速比，可以降低电池组12的内部阻抗的影响。这样使得使用者能够继续使用电动工具10并且提高电动工具10的可操作性。

例如，在动力传递单元22的减速比最大并且电压传感器S检测到的电池电压变得小于或等于预定电压V1的情况下，控制单元23停止驱动马达21。这样使得能够消除电池组12的过放电。

在以上实施例中，变速致动器27包括马达致动器。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，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(10)，包括：

马达(21)，用于生成转动动力；

电池(12)，用于向所述马达(21)供给电力；

电压传感器(S)，用于检测所述电池(12)的电池电压；

动力传递单元(22)，用于将来自所述马达(21)的转动动力传递至输出轴(25)，其中所述动力传递单元(22)被配置为使与所述转动动力有关的转动速度减速并且能够改变减速比；

变速致动器(27)，用于改变所述动力传递单元(22)的减速比；

转矩检测器(41)，用于检测施加至所述输出轴(25)的负荷转矩；以及

控制单元(23)，用于根据检测到的负荷转矩来对所述变速致动器(27)进行控制，以改变所述动力传递单元(22)的减速比，

其中，所述电动工具的特征在于：

在所述动力传递单元(22)的减速比相对较低的情况下，在所述电压传感器(S)检测到的所述电池(12)的电池电压变得小于或等于预定电压时，所述控制单元(23)对所述变速致动器(27)进行控制以增大所述动力传递单元(22)的减速比；以及

在所述动力传递单元(22)的减速比相对较高的情况下，在所述电压传感器(S)检测到的所述电池(12)的电池电压变得小于或等于预定电压时，所述控制单元(23)停止驱动所述马达(21)。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述控制单元(23)判断所述电池(12)的温度是否小于或等于预定温度；以及

在所述动力传递单元(22)的减速比相对较低的情况下，如果所述电池(12)的电池电压变得小于或等于预定电压、并且所述控制单元(23)判断为所述电池(12)的温度小于或等于预定温度，则所述控制单元(23)对所述变速致动器(27)进行控制以增大所述动力传递单元(22)的减速比。