CN103687700A

CN103687700A - 电动工具

Info

Publication number: CN103687700A
Application number: CN201280036225.1A
Authority: CN
Inventors: 益子弘识; 高野信宏
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-03-26
Also published as: WO2013012098A1; DE112012003052T5; US20140158390A1; JP2013022681A

Abstract

本发明公开了一种电动工具，该电动工具包括：电动机；前端工具，其构造为由电动机驱动而旋转；以及控制单元，其构造为控制电动机的旋转并且包括微处理器和存储单元，其中，该存储单元构造为通过学习电动机的使用状态来存储控制信息，并且该电动机构造为根据存储的控制信息来被驱动。

Description

电动工具

技术领域

本发明的各方面涉及使用电动机驱动前端工具的电动工具，具体地涉及能够利用学习功能实现最适合于操作者的对前端工具的驱动控制的电动工具。

背景技术

使用电动机作为驱动源来驱动前端工具的电动工具得到广泛应用。冲击工具是这种电动工具的实例。冲击工具是这样的工具：其在使用驱动源驱动旋转冲击机构的同时将旋转力和撞击力施加在撞砧上以间歇性地将旋转撞击力传递至前端工具从而执行旋拧操作等。近来，广泛地使用无刷直流电动机作为驱动源。无刷直流电动机是例如没有电刷（整流刷）的直流电动机，该直流电动机使用定子侧的线圈（绕组）和转子侧的磁体（永久磁体）并且将由逆变电路驱动的电力依次传导至预定线圈从而使转子旋转。逆变电路由例如FET（场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极晶体管）等大容量输出晶体管构成并且由大电流驱动。与有刷直流电动机相比，无刷直流电动机在扭矩特性方面更好，并且可以以较大的力将螺钉、螺栓等紧固在工件上。

使用无刷直流电动机的电动工具使用微处理器控制逆变电路，以实现例如电动机连续驱动控制和电动机间歇驱动控制等各种控制。例如，JP-A-2011-31314提出了一种具有所谓的电子离合器机构的电动工具，该电子离合器机构根据从前端工具接收到的反作用力监测电动机的不断增大的电流，并且在电流到达预定电流值时决定结束紧固操作并且停止电动机的旋转。

发明内容

技术问题

在上述现有技术的电动工具中，由于在电动工具从工厂发货之前电动工具制造商预先设定了被认为是最适合于操作者（用户）的控制模式，因此在电动工具从工厂发货之后基本上不可能改变该控制模式。因此，用户不可能根据自身的需求改变紧固控制和从连续驱动模式切换至间歇驱动模式的时刻。

鉴于上述背景做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种能够为每个用户实现最佳驱动模式的电动工具。

本发明的另一目的在于提供一种能够通过学习最适合于每个用户的驱动控制来实现最佳控制模式的电动工具。

本发明的另一目的在于提供一种能够根据用户的需求通过简单的操作改变驱动控制条件的电动工具。

技术方案

在申请中公开的本发明的典型特性如下。

在第一方面中，提供一种电动工具，所述电动工具包括：电动机；前端工具，所述前端工具构造为由所述电动机驱动而旋转；以及控制单元，所述控制单元构造为控制所述电动机的旋转并且包括微处理器和存储单元，其中，所述存储单元构造为通过学习所述电动机的使用状态来存储控制信息，并且所述电动机构造为根据存储的所述控制信息而被驱动。

在第二方面中，提供一种根据第一方面所述的电动工具，其中，所述控制信息包括所述电动机的紧固时间、所述电动机的电流极限值和所述电动机的转数中的任何一个。

在第三方面中，提供一种根据第二方面所述的电动工具，其中，所述控制信息是在由操作者指定的特定操作期间内获得的学习值。

在第四方面中，提供一种根据第一方面至第三方面中任一方面所述的电动工具，其中，所述电动工具是包括撞锤和撞砧的撞击工具，并且所述控制信息是用于确定使用所述撞锤和所述撞砧从连续驱动模式转换到间歇驱动模式的时刻的信息。

在第五方面中，提供一种根据第四方面所述的电动工具，其中，所述控制信息是从连续驱动模式切换到间歇驱动模式时所述电动机的电流值。

在第六方面中，提供一种根据第一方面至第五方面中任一方面所述的电动工具还包括采样模式开关，所述采样模式开关用于指定所述特定操作的开始和结束。

在第七方面中，提供一种根据第六方面所述的电动工具，其中，所述特定操作执行多次，并且在所述特定操作期间内获得的从多个驱动电流值计算出的计算值被设定为控制信息。

在第八方面中，提供一种根据第七方面所述的电动工具，其中，所述计算值是获得的各驱动电流值的最大值的平均值。

在第九方面中，提供一种根据第一方面至第八方面中任一方面所述的电动工具还包括重置功能，该功能用于取消存储在所述存储单元中的所述控制信息并且将所述控制信息替换为在所述电动工具从工厂发货时设定的控制信息。

有益效果

根据第一方面，控制单元包括存储单元，该存储单元构造为通过学习电动机的使用状态来存储控制信息，并且电动机构造为根据存储的控制信息而被驱动。这样可以实现最适合于每个操作者的各种紧固操作的控制。

根据第二方面，由于控制信息包括电动机的紧固时间、电动机的电流极限值和电动机的转数中的任何一个，因此可以根据用户的使用状态将这种控制信息转变为适当的信息。

根据第三方面，由于控制信息是在由用户指定的特定操作期间内获得的学习值，因此通过几次采样操作可以确定适当的控制信息。

根据第四方面，由于控制信息是用于确定使用撞锤和撞砧从连续驱动模式转换到间歇驱动模式的时刻的信息，因此可以实现最适合于紧固操作的撞击操作。

根据第五方面，由于控制信息是从连续驱动模式切换到间歇驱动模式时电动机的电流值，因此可以简单地通过改变控制信息来容易地改变撞击强度。

根据第六方面，通过提供用于指定特定操作的开始和结束的采样模式开关，操作者可以在任意时刻执行学习操作。

根据第七方面，由于特定操作执行多次并且基于在多次特定操作中获得的驱动电流值计算出的计算值被设定为切换电流（控制信息），因此可以提供一种能够可靠地再现操作者期望的控制状态的电动工具。

根据第八方面，由于计算值是获得的各驱动电流值的最大值的平均值，因此可以设定与用户期望的状态一致的适当控制信息。

根据第九方面，通过提供取消存储在存储单元中的控制信息并且将该控制信息恢复为电动工具从工厂发货时的控制信息的重置功能，即使学习到的控制信息处于不利状态，也可以将该控制信息容易地恢复为其初始状态，从而能够实现易于使用的电动工具。

根据本说明书的以下描述和说明书附图，可以清楚地了解本发明的上述目的和其他目的及新特性。

附图说明

图1是本发明的示例性实施例的电动工具1的总体结构的纵向剖视图；

图2是示例性实施例的电动工具1的侧视图；

图3是图1所示的行星齿轮架组件51和撞砧61的形状的分解透视图；

图4是沿图1的A-A箭头线截取的剖视图，其在以六个阶段示出旋转一圈的运动的同时示出了撞锤52、53和撞砧61的撞击爪64、65的撞击操作；

图5是示例性实施例的电动工具1的电动机3的驱动控制系统的功能框图；

图6是在执行示例性实施例的电动工具1的电动机3的驱动控制时的电动机的转数和撞锤的旋转角度的状态的视图；

图7是根据示例性实施例在学习操作中的各部分的状态的图解表示；

图8是示例性实施例的电动工具1的学习过程的流程图；以及

图9是根据示例性实施例在学习操作结束之后流过电动机的电流值的实例的图示。

具体实施方式

[实施例1]

在下文中，参考附图对本发明的示例性实施例进行描述。在下面的描述中，上、下、前和后各方向是图1所示的方向。

图1是本发明的示例性实施例的电动工具1的总体结构的纵向剖视图。电动工具1利用可再充电电池组2作为电源并且利用电动机3作为驱动源来驱动撞击机构50。通过驱动撞击机构50将旋转力和撞击力施加在用作输出轴的撞砧61上以将连续的旋转力或间歇性的撞击力传递至例如起子钻头等前端工具（未示出），从而执行螺钉紧固操作、螺栓紧固操作等。

电动机3是无刷直流电动机，并且以电动机3的旋转轴4的轴向与电动机3的纵向一致的方式被收容在具有大致T形侧视图的机壳6的大致筒状主体部6a中。机壳6由形状大致对称且可以彼此分隔开的左右两个部件构成，同时可以使用多个螺钉（未示出）将这两个部件固定在一起。因此，可分割的机壳6的一个部件（在本示例性实施例中为左机壳）具有多个螺钉凸起19b，而其另一部件（右机壳）（未示出）具有多个螺钉孔。电动机3的旋转轴4由设置在主体部6a的后端侧的轴承17b和设置在主体部6a的中心部附近的轴承17a支撑而可旋转。在电动机3的后面设置有安装了六个开关元件11的逆变基板10，使用这些开关元件11执行逆变控制从而使电动机3旋转。在位于逆变基板10的前侧且朝向转子的永久磁体的位置安装有例如霍尔IC等用于检测转子位置的旋转位置检测元件（未示出）。

机壳6在从主体部6a一体地延伸并且与主体部6a大致垂直的手柄部6b的上部中包括扳机操作部8a和正转/反转切换杆14，而扳机开关8包括由弹簧（未示出）施压而从手柄部6b突出的扳机操作部8a。LED12保持在位于锤壳7的下方的位置而与主体部6a的前端侧连接。LED12构造为这样：当用作前端工具的钻头（未示出）安装在安装孔61a中时，LED12可以在钻头的前端附近进行照射。控制电路板9包括具有根据扳机操作部8a的操作来控制电动机3的速度的功能的控制电路并且被收容在位于手柄部6b的内部下方的电池保持部6c中。在控制电路板9的侧部上设置有用于设定电动工具1的操作模式的多个开关（稍后将进行讨论）。可以使用这些开关切换多种操作模式：例如，可以将操作模式切换到“钻孔模式（没有离合器机构）”、“钻孔模式（有离合器机构）”或者“冲击模式”。在“冲击模式”中，可以优选地将撞击扭矩的强度设定为逐步地变化或者连续地变化。

内部收容有例如镍氢电池单元或锂离子电池单元等多个电池单元的电池组2可拆卸地安装在机壳6的形成在手柄部6b的下方的电池保持部6c中。电池组2包括延伸到手柄部6b内部的延伸部2a，并且当从图1所示的侧面看时，电池组2具有大致L形的形状。电池组2在两个侧表面上包括解锁按钮2b。当在按下解锁按钮2b的同时使电池组2向下移动时，可以从电池保持部6c中取出电池组2。

在电动机3的前方设置有冷却风扇18，冷却风扇18安装在旋转轴4上并且可以与电动机3同步地旋转。冷却风扇18是离心式风扇，不管旋转方向如何，冷却风扇18都可以吸入旋转轴4附近的空气并且将空气沿径向向外排出，从而从形成于主体部6a的后部的空气吸入口13a吸入空气。吸入到机壳6中的空气在电动机3的转子3a和定子3b之间以及在定子3b的磁极之间穿过之后到达冷却风扇18，并且从沿径向形成在冷却风扇18的外周侧附近的多个空气排出口（稍后将进行讨论）排出到机壳6的外部。

撞击机构50由两个部分即撞砧61和行星齿轮架组件51组成。行星齿轮架组件51将行星齿轮减速机构20的行星齿轮的旋转轴连接在一起，并且具有用于撞击撞砧61的撞锤（稍后将进行讨论）的功能。与当前广泛采用的现有技术的撞击机构不同，撞击机构50不具有包括心轴、弹簧、凸轮槽、球珠等的凸轮机构。撞砧61和行星齿轮架组件51以只允许小于半圈的相对旋转的方式通过形成在旋转中心附近的接合轴和接合孔连接在一起。撞砧61与用于安装前端工具的输出轴部分（未示出）形成为一体，并且在前端中包括安装孔61a。安装孔61a的与轴向垂直的横截面具有六边形的形状。作为选择，撞砧61和用于安装前端工具的输出轴可以形成为单独部件，并且可以在以后连接在一起。撞砧61的后侧与行星齿轮架组件51的接合轴连接，并且可旋转地由金属16a保持在锤壳7上的轴向中心部附近。撞砧61在前端中包括用于以单次操作（即，简单操作一触即可）安装和拆卸前端工具的套筒15。稍后将对撞砧61和行星齿轮架组件51的具体形状进行描述。

锤壳7由金属一体地成型以便收容冲击机构50和行星齿轮减速机构20，并且安装在机壳6的前方内部上。锤壳7用于通过轴承机构保持撞砧61，并且在被由左右分割部组成的机壳6完全覆盖的同时被固定。锤壳7被牢固地保持在机壳6上，从而能够防止撞砧61的轴承部分的晃动。

当拨动扳机操作部8a而启动电动机3时，电动机3的旋转通过行星齿轮减速机构20降速，并且行星齿轮架组件51以与电动机3的转数成预定比例的转数旋转。当行星齿轮架组件51旋转时，设置在行星齿轮架组件51中的撞锤（稍后将进行讨论）将行星齿轮架组件51的旋转力传递至撞砧61，从而使撞砧61以与行星齿轮架组件51的速度相同的速度开始旋转。当因从前端工具侧接收到的反作用力而使施加在撞砧61上的力增大时，控制单元（稍后将进行讨论）检测紧固反作用力的增大并且在电动机3停止旋转从而被锁定之前改变行星齿轮架组件51的驱动模式以间歇性地驱动撞锤。

图2是本发明的示例性实施例的电动工具1的侧视图。机壳6由三部分（主体部6a、手柄部6b和电池保持部6c）组成，而主体部6a具有形成在冷却风扇18的径向外周侧附近以排出冷却空气的空气排出口13b。机壳6由沿穿过电动机3的旋转轴4的竖直表面分割开的左右两个部分组成，而左右可分割的壳体6用多个螺钉19a固定在一起。构成前端工具保持部的套筒15从机壳6的前侧凸出。机壳6在电池保持部6c的一部分上包括模式显示LED32和用于切换电动机3的驱动模式（钻孔模式、冲击模式）的模式切换开关31。

接下来，使用图3和图4对构成撞击机构50的行星齿轮架组件51和撞砧61的具体结构进行描述。图3是行星齿轮架组件51和撞砧61的透视图，其中从斜前方观察行星齿轮架组件51并且从斜后方观察撞砧61。本示例性实施例的行星齿轮减速机构20是行星集成类型，并且包括太阳轮、齿圈和多个行星齿轮。行星齿轮架组件51包括与撞砧61的撞击爪64、65对应的用作撞击爪的撞锤52、53。行星齿轮架组件51以与电动机3的旋转方向相同的方向旋转。

行星齿轮架组件51包括作为其主要部分的一体结构盘状部件54，而盘状部件54包括设置在其两个相对部分上且沿轴向向前凸出的两个撞锤52、53。撞锤52、53用作撞击部（撞击爪）。撞锤52在周向上包括撞击面52a、52b，而撞锤53在周向上包括撞击面53a、53b。撞击面52a、52b、53a、53b分别形成为平面并且可以与撞砧61的被撞击面（稍后将进行讨论）形成良好的面接触。盘状部件54包括分别设置在其中心轴线附近的前方的抵接部56a和接合轴56b。

盘状部件54在其后侧包括两个圆盘部55b（在图3中只能看到一个圆盘部），每个圆盘部55b均具有行星齿轮架的功能，而圆盘部55b包括分别形成在周向三个部分中以将两个圆盘部连接在一起的三个连接部55c。每个圆盘部55b包括分别形成在周向三个部分中的贯通孔55e。当三个行星齿轮（未示出）置于两个圆盘部之间时，用作行星齿轮的旋转轴的针销（未示出）安装到贯通孔55e中。这里，从强度和重量的观点来看，行星齿轮架组件51可以优选由金属一体地制成。同样，从强度和重量的观点来看，撞砧61也可以优选由金属一体地制成。

撞砧61包括形成在柱形输出轴部分62的后部的圆盘部63，并且还包括沿圆盘部63的外周向凸出的两个撞击爪64、65。撞击爪64包括存在于周向两侧的被撞击面64a、64b。同样，撞击爪65包括存在于周向两侧的被撞击面65a、65b。圆盘部63包括形成在其中心部分中的接合孔63a。当接合轴56b可旋转地接合到接合孔63a中时，行星齿轮架组件51和撞砧61可以在与电动机3的旋转轴4同轴的延长线上相对于彼此旋转。

当行星齿轮架组件51沿正向（紧固螺钉等的旋转方向）旋转时，撞击面52a与被撞击面64a接触并且撞击面53a与被撞击面65a接触。当组件51沿反向（松开螺钉等的方向）旋转时，撞击面52b与被撞击面65b接触并且撞击面53b与被撞击面64b接触。由于撞锤52、53和撞击爪64、65的形状被确定为使它们的接触时刻彼此一致，因此在以旋转轴线为基准的两个对称部分中执行撞击操作并且组件51在撞击操作中很好地平衡，从而电动工具1难以摆动。

图4是使用状态下的撞锤52、53和撞击爪64、65的剖视图，其中以六个阶段示出旋转一圈的运动。该剖面与轴向垂直并且是沿图1的A-A部分截取的。在图4中，撞锤52、53和圆盘部55a是在一起一体旋转的部分（驱动侧部分），而撞击爪64、65是在一起一体旋转的部分（被驱动侧部分）。在图4（1）的状态下，当来自前端工具的紧固扭矩较小时，撞击爪64、65被撞锤52、53按压从而逆时针旋转。然而，当紧固扭矩增加到仅靠撞锤52、53的按压力不能使撞击爪64、65旋转时，开始电动机3的反转驱动以便使撞锤52、53反向旋转。在图4（1）所示的状态下开始电动机3的反转，从而撞锤52、53沿图4（2）所示的箭头58a的方向旋转。

当电动机3如图4（3）中的箭头58b所示到达退回预定旋转角度的位置时，允许正转方向的驱动电流流过电动机3，从而开始撞锤52、53沿箭头59a的方向（正转方向）的旋转。这里，重要的是：当撞锤52、53反转时，为了防止撞锤52和撞击爪65之间的碰撞以及撞锤53和撞击爪64之间的碰撞，撞锤52、53应当确实地停止在停止位置。将撞锤52、53的停止位置设置在撞锤52、53与撞击爪64、65碰撞的位置之前的程度可以是任意的。然而，当所需要的紧固扭矩比较大时，优选的是增大反转角度。使用电动机3的旋转位置检测元件的输出信号来检测和控制停止位置。

如图4（4）所示，当撞锤52、53沿箭头59b方向加速并且在图4（5）所示的位置向电动机3的驱动电压供应停止时，几乎与此同时，撞锤52的撞击面52a与撞击爪64的被撞击面64a碰撞。同时，撞锤53的撞击面53a与撞击爪65的被撞击面65a碰撞。这种碰撞的结果是：强有力的旋转扭矩被传递至撞击爪64、65，从而使它们沿图4（6）中的箭头59d所示的方向旋转。图4（6）所示的位置提供这样的状态：撞锤52、53和撞击爪64、65均从图4（1）所示状态旋转预定角度。通过再次重复从图4（1）至图4（5）状态的正反转操作，可以紧固待紧固的部件（被紧固部件）直到获得适当的扭矩。

接下来，参照图5对电动机3的驱动控制系统的结构和操作进行描述。图5是电动机3的驱动控制系统的结构的框图。在本示例性实施例中，电动机3由三相无刷直流电动机构成。这种无刷直流电动机是所谓的内转子类型，并且包括含有永久磁体（磁铁）（其包括多组（在本示例性实施例中为两组）NS极）的转子3a、由星形连接的三相定子绕组U、V、W构成的定子3b、以及沿周向以预定间隔设置且用于检测转子3a的旋转位置的三个旋转位置检测元件（霍尔元件）78。根据来自这些旋转位置检测元件78的位置检测信号，对定子绕组U、V、W的通电方向和通电时间进行控制并且使电动机3旋转。

安装在逆变基板10上的逆变电路72包括例如FET的六个三相桥式连接的开关元件Q1～Q6（图1所示的开关元件11）。六个桥式连接的开关元件Q1～Q6的栅极与安装在控制电路板9上的控制信号输出电路73连接，而六个桥式连接的开关元件Q1～Q6的漏极和源极与星形连接的定子绕组U、V、W连接。因此，六个桥式连接的开关元件Q1～Q6根据从控制信号输出电路73输入的开关元件驱动信号（例如H4、H5和H6等驱动信号）执行开关操作，从而在将电池组2的待施加在逆变电路72上的直流电压切换至三相（U相、V相和W相）电压Vu、Vv和Vw时将电力供给到定子绕组U、V、W。

将用于驱动六个开关元件Q1～Q6中的三个负电源侧开关元件Q4、Q5和Q6的栅极的三个开关元件驱动信号（三相信号）用作脉冲宽度调制信号（PWM信号）H4、H5和H6，并且使用安装在控制电路板9上的计算单元71，根据表示检测到的扳机开关8的扳机操作部8a的操作量（行程）的检测信号来改变PWM信号的脉冲宽度（占空比）以调整待供给到电动机3的电量，从而控制电动机3的启动/停止和旋转速度。

这里，将PWM信号提供给逆变电路72的正电源侧开关元件Q1～Q3或负电源侧开关元件Q4～Q6以高速地切换开关元件Q1～Q3或开关元件Q4～Q6，从而控制待从电池组2的直流电压供给到定子绕组U、V、W的电力。在本示例性实施例中，由于PWM信号被供给到负电源侧开关元件Q4～Q6，因此通过控制PWM信号的脉冲宽度来调整待供给到定子绕组U、V、W的电力，以便控制电动机3的旋转速度。

电动工具1包括用于切换电动机3的旋转方向的正转/反转切换杆14。因此，每当旋转方向设定电路82检测到正转/反转切换杆14的切换，旋转方向设定电路82就切换电动机3的旋转方向并且将其控制信号发送到计算单元71。尽管未在附图中示出，然而计算单元71还包括用于根据处理程序和控制数据输出驱动信号的中央处理单元（CPU）、用于存储处理程序和控制数据的ROM、用于暂时存储控制数据的RAM、计时器等。

控制信号输出电路73根据旋转方向设定电路82和转子位置检测电路74的输出信号产生用于交替地切换开关元件Q1～Q6中的指定开关元件的驱动信号并且将该驱动信号输出到开关元件Q1～Q6。因此，对定子绕组U、V、W中的指定绕组交替地通电以使转子3a沿设定的旋转方向旋转。在这种情况下，根据施加电压设定电路81的输出控制信号，将待施加在负电源侧开关元件Q4～Q6上的驱动信号输出作为PWM调制信号。通过电流检测电路79测量待供给到电动机3的电流值，并且将该电流值反馈到计算单元71，在计算单元71中调整该电流值以提供设定的驱动电力。这里，PWM信号还可以施加在正电源侧开关元件Q1～Q3上。

计算单元71包括作为非易失性外部存储器的用于暂时存储数据的RAM，作为非易失性外部存储器的EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）76与计算单元71连接。EEPROM76可以存储待在计算单元71中执行的多个程序、各种参数等。在本示例性实施例的学习控制下，可以选择待执行的最优程序或者可以改变各种参数等。计算单元71包括用于控制模式显示LED32的显示的显示控制电路84，从而通过点亮四个模式显示LED84中的任何一个可以显示操作者所选择的控制模式。另外，使多个模式显示LED32闪烁可以表明正在执行采样模式。显示控制电路84根据计算单元71的指令执行对模式显示LED32的点亮控制。

接下来，使用图6对用于驱动本示例性实施例的电动工具1的方法进行描述。图6示出了执行电动机3的驱动控制时的电动机转数、PWM控制占空比、撞击扭矩、撞锤旋转角度和电动机电流的状态。图6（1）和图6（2）的曲线图的横轴分别表示经历时间t（秒），这两个曲线图的横轴的刻度相互匹配。在本示例性实施例的电动工具1中，撞砧61和撞锤52、53能够以小于180°的旋转角度相对旋转。因此，撞锤52、53不能相对于撞砧61旋转半圈以上。这使得旋转控制是独特的。具体而言，旋转控制包括用于使行星齿轮架组件51以与撞砧61的速度相同的速度旋转的“连续驱动模式”和用于重复它们的相互分离/连接和撞击操作而不以相同速度旋转的“间歇驱动模式”。

在紧固操作中，当选择“冲击模式”作为电动工具1的操作模式时，在图6（1）的t₀至t₂的时间段内以“连续驱动模式”高速地执行紧固操作，并且当所需要的紧固扭矩值增大时，在t₂至t₁₃的时间段内，将操作模式切换至“间歇驱动模式”并且执行紧固操作。在连续驱动模式下，计算单元71根据目标转数控制电动机3。因此，电动机3加速直到其转数达到目标转数Nt，并且在撞砧61被撞锤52、53按压的同时撞砧61与撞锤52、53一体地旋转。此后，在时间t₁，当来自安装在撞砧61上的前端工具的紧固反作用力增大时，撞砧61给撞锤52、53的反作用力增大，从而电动机3的旋转速度逐渐降低。当检测到电动机3的降低的旋转速度之后，计算单元71在时间t₂使用间歇驱动模式开始驱动电动机3以使其反向旋转。

间歇驱动模式是间歇性地而不是连续地驱动电动机3的模式，即以脉冲化方式驱动电动机3以便将反转驱动和正转驱动重复多次。这里，在本说明书中“以脉冲化方式驱动电动机”是指通过将待施加在逆变电路72上的栅极信号脉冲化来将待供给到电动机3的驱动电流脉冲化，从而将电动机3的转数或输出扭矩脉冲化。脉冲化周期是例如约几十赫兹到一百几十赫兹。当切换正转驱动和反转驱动时，它们之间可以插有静止时间或者也可以直接切换而没有静止时间。这里，尽管在驱动电流导通时对电动机3的转数控制执行PWM控制，然而与其占空比控制的周期（通常为几千赫兹）相比，脉冲化周期足够小。

图6（1）是电动机3的转数100的曲线图，其中“+”表示正转方向（与预期旋转方向相同的方向），而“-”表示反转方向（与预期旋转方向相反的方向）。图中的纵轴表示电动机3的转数（单位：rpm（每分钟圈数））。当拨动扳机操作部8a从而在时间t₀启动电动机3时，电动机3加速直到转数达到目标转数Nt，并且如图箭头101所示电动机3受控制而以目标转数Nt恒速旋转。

此后，用作待紧固目标的螺栓等被放置到位，撞锤52、53的旋转角度的变化率大幅减小，并且从时间t₁开始电动机3的转速逐渐降低。当在时间t₁至t₂期间内检测到旋转角度的变化率低于预定阈值时，计算单元71停止向电动机3供给正转驱动电压，从而将电动机3切换至间歇驱动模式下的旋转控制。在时间t₂，启动向电动机3供给反转驱动电压。通过计算单元71（参见图5）将反向驱动信号发送至控制信号输出电路73（参见图5）来进行反转驱动电压的供给。通过切换待从控制信号输出电路73输出至开关元件Q1～Q6的各个驱动信号（ON/OFF信号）的信号图形可以实现电动机3在正转和反转之间的切换。这里，在使用逆变电路72的电动机3的旋转驱动中，施加的电压不会从正切换为负而仅仅是向线圈的驱动电压供给的顺序发生变化。

反转驱动电压的供给使电动机3开始反向旋转，从而撞锤52、53也开始反向旋转（箭头102）。在该反转时间内，撞锤52、53沿远离撞击爪64、65的方向移动，从而撞锤52、53在无负载的情况下旋转。因此，撞锤52、53进行很大的反向旋转。此后，在重复正转和反转的同时，进行撞击操作。这里，箭头102所示的时间t₂至t₄和箭头104所示的时间t₇至t₉供电动机3的反转驱动，而箭头103所示的时间t₄至t₇和箭头105所示的时间t₉至t₁₇供电动机3的正转驱动。

图6（2）是撞锤52、53的旋转角度即行星齿轮架组件51的旋转角度110的曲线图。图中的纵轴表示撞锤52、53的旋转角度（单位：弧度）。计算单元71周期性地获取以连续驱动模式旋转的撞锤52、53的旋转角度的变化率（=Δθ/Δt）并且监测该变化率。由于转子位置检测电路74根据旋转位置检测元件78的输出信号在每个预定间隔将检测脉冲输出至计算单元71，因此通过监测检测脉冲的数目计算单元71可以计算出撞锤52、53的旋转角度的变化率。在本示例性实施例中，由于按照60°的旋转角度间隔设置例如霍尔IC等的三个旋转位置检测元件78，因此每隔60°的旋转角度输出待从位置检测电路74输出的检测脉冲。另外，由于行星齿轮减速机构20以预定减速比（在本示例性实施例中为1:8）降低了转子3a的转速，因此每隔撞锤52、53的7.5°旋转角度输出旋转位置检测元件78的检测脉冲。因此，通过计算从位置检测电路74输出的检测脉冲的数目，计算单元71可以检测撞锤52、53相对于撞砧61的旋转角度。

在从时间t₀至t₁的连续驱动模式下，由于电动机3的转数几乎是恒定的，因此旋转角度变化率Δθ/Δt也几乎是恒定的。在时间t₂至t₄期间内，如箭头112所示，电动机3反向旋转。在时间t₄，当撞锤52、53的旋转角度的减少量达到预定反转角度时，开始向电动机3供应正转驱动电压。正转驱动电压使电动机3开始正向旋转，从而撞锤52、53也开始正向旋转。在该正转时间内，撞锤52、53沿再次靠近撞砧61的撞击爪64、65的方向移动，因此撞锤52、53在无负载的情况下旋转，从而极大地增加撞锤52、53的旋转角度。

接下来，在时间t₆，当撞锤52、53的旋转角度的增加量达到预定反转角度时，停止向电动机3供应正转驱动电压。这个停止时间接近于电动机3的旋转速度达到最大速度的时间。因此，撞锤52、53与撞击爪64、65重重地碰撞，从而产生较大的撞击扭矩。通过以这种方式重复向电动机3供给反转驱动电压（箭头114）、向电动机3供给正转驱动电压（箭头115）、以及停止向电动机3供应驱动电压（时间t₁₂至t₁₃）来执行冲击操作，以完成对例如螺栓等紧固部件的紧固。通过操作者在时间t₁₃松开扳机操作部8a来实现紧固操作的结束。这里，代替松开扳机操作部8a，还可以通过下述方式执行操作的结束：另外设置用于检测由撞砧61提供的紧固扭矩值的已知传感器（未示出），并且当检测到的紧固扭矩值达到预定值时，计算单元71可以强制停止向电动机3的驱动电压供给。

如上所述，在电动工具1中，通过在计算单元71的控制下实现连续驱动模式下的旋转驱动和间歇驱动模式（冲击操作）下的间歇驱动，可以紧固螺钉、螺栓等。这种控制可以根据各种设定条件实现各种控制状态和控制模式，设定条件是例如电动机的旋转角度的设定、将连续驱动模式切换至间歇驱动模式的时刻的设定、反转角度的设定、以及在各种条件下向电动机供给的电流的电量。

在本示例性实施例中，可以根据操作者的使用状态改变计算单元71的控制方法。例如，在冲击工具中，被视为这种变化的前提条件的学习内容包括最优转数、管理扭矩值、撞击动作的次数等。在具有离合器功能的起子机中，学习内容是离合器机构工作时所需的紧固扭矩值。这样，可以利用学习功能实现对待由不同操作者执行的操作的适当控制。在本示例性实施例中，对特定部分执行多次用作参考例的紧固操作，以获取例如紧固时间、电动机电流、转数变化和撞击操作的次数等各种数据，同时使用获得的数据创建控制信息并将该信息存储在EEPROM76（参见图5）中。在学习操作结束之后，使用存储在EEPROM76中的控制信息执行对电动工具的控制。

图7示出了根据本发明的示例性实施例的各部分在学习操作时间内的状态。图7（1）至图7（4）所示的各个曲线图的横轴（时间t）被匹配为相同的刻度。在图7中，将电动工具1设定在学习操作模式（采样模式）下，在学习操作模式下将作为样本的电动工具的操作执行多次，从而获得采样操作模式下的电动工具的工作条件，并且在学习操纵结束之后将这些工作条件反映到正常操作中。

首先，如图7（1）所示，操作用于将电动工具设定在采用模式下的预定开关。在这种情况下，可以设置用于设定采样模式的专用开关。然而，优选的是：例如可以通过将模式切换开关31的多个按钮（参见图2）按下预定时段来设定采样模式。使用多个按钮的原因在于：由于不会频繁地设定采样模式，因此通过使采样模式设定操作不同于正常操作可以尽可能地防止错误操作。另外，将各按钮按下预定时段可以防止在执行正常操作期间内容易地从正常操作切换至采样模式。当同时将模式切换开关31的多个按钮按下预定时段时，将用于采样模式的ON信号121从开关操作检测电路83（参见图5）发送至计算单元71。在收到这个信号后，计算单元71执行稍后将讨论的采样模式的控制。当再次将模式切换开关31的多个按钮按下预定时段时，一个采样模式持续进行直到ON信号122从开关操作检测电路83发送至计算单元71为止。在这个采样模式期间内，使模式显示LED32中的一个或者全部闪烁，从而表明当前操作不是正常操作而是采样模式期间内的学习操作（图7（2）的箭头131）。

电动工具的操作者实际执行在该采样模式期间内需要学习的操作。图7（3）示出了已经使用图1所示的冲击起子机实际执行了四次紧固操作（紧固操作141～144）的状态。在这种情况下，在连续驱动模式的实际操作中执行用于确定从连续驱动模式切换至间歇驱动模式的时刻的学习操作，特别是执行将例如螺钉或螺栓等紧固部件紧固到待紧固部件上的操作。在紧固操作141中，操作者在时间t₁₅拨动扳机操作部8a以启动电动机3，将扳机操作部8a的拨动量增加到100%直到时间t₁₆为止，并且在模式切换至间歇驱动模式时的任意紧固深度处松开扳机操作部8a。图7（3）示出了操作者在时间t₁₈时松开扳机操作部8a的状态。电流检测电路79（参见图5）在这个时间检测到的电动机电流是图7（4）所示的电流值151。

电流值151在时间t₁₅上升，由于此时的电流是电动机3的启动电流，因此电流值在箭头151a部分中变得最大。此后，当启动电流的影响减小时，电流值151如箭头151b那样下降，从时间t₁₇起变成稳态旋转时的电流值。在连续驱动模式下，由于撞锤没有撞击撞砧，所以为了提供预定的高扭矩值，操作者必须用手牢牢握住电动工具1。在承受从紧固部件提供的反作用力时操作者执行紧固操作，并且在扭矩似乎已经达到目标扭矩时或者在操作者用手无法承受该反作用力（箭头151c、时间t₁₈）时操作者松开扳机操作部8a从而使电动机3停止旋转。这里，尽管操作142、143和144是同一操作的重复形式，然而这些操作给出了如下状态：在经受更强反作用力时，操作者始终使电动机旋转直到达到假定的最佳扭矩值的状态。在图7所示的实例中，各个紧固操作结束时的电动机电流I如同图7（4）中的152c、153c和154c那样增加，操作144的电流值154最终增加达到I_fix1。当判定处于待学习状态的采样操作已经结束时，操作者再次将模式切换开关31的多个按钮按下预定时段以结束第一次采样操作。

这样，通过采样模式期间内的学习操作，可以获得各种电动机的电流I。在本示例性实施例中，例如使用的是电动机最大电流I_fix1。使用这个最大电流I_fix1执行电动工具的下述操作。然而，还存在这样的担心：仅仅在一次（一组）学习操作中不能正确地获得最大电流I_fix1。因此，将图7所示的一系列操作执行多次，例如执行三次以获取最大电流I_fix1、最大电流I_fix2和最大电流I_fix3，并且取这三个最大电流值的平均值来获取I_fix。因此，在本示例性实施例中，紧接着采样模式下的ON信号122启动第二采样周期。同样，在第三采样周期结束之后，当将模式切换开关31的多个按钮按下预定时段时，结束采样模式，并且将模式恢复为电动工具1的正常操作模式。这里，在本示例性实施例中，采样周期设定为连续进行三次。然而，并不限于三次，也可以设定任意次数，或者操作者可以任意地指定次数。

这里，在图7中，操作者以连续驱动模式执行紧固操作，并且当操作者判定紧固操作结束时用户松开扳机操作部8a。然而，也可以安装扭矩测量装置，并且在实际使用扭矩测量装置测量扭矩值的同时，操作者可以执行紧固操作。

接下来，将使用图8所示的流程图对由计算单元71进行的学习过程进行描述。当通过包含在计算单元71中的微处理器（未示出）执行程序时，可以以软件形式实现该流程图所示的学习过程。

首先，当将电池组2安装在电动工具1中时，对存储在电动工具1的易失性存储器中的各种数据进行初始化并且计算单元71对采样操作的计数值S_CNT进行清零（步骤201）。通过按下采样开关来执行切换到采样模式的操作，并且计算单元71判断是否按下了采样开关（步骤202）。这里，例如可以将同时按下模式切换开关31的多个按钮预定时段定义为采样开关，以这种方式使用模式切换开关31不需要单独设置采样开关。当按下采样开关时，模式显示LED32开始闪烁（步骤203）。通过使模式显示LED32闪烁，操作者可以容易地知道当前模式是不同于正常操作模式的采样模式。接下来，计算单元71判断采样操作的计数值S_CNT是否为零（步骤204），当计数值S_CNT是零时，将过去的采样数据重置（205）。当计数值S_CNT不是零时，计算单元71转入步骤206。

接下来，对用于给从步骤207到步骤212的过程的执行次数计数的计数器N清零（步骤206）。然后，计算单元71检测操作者是否已经拨动了扳机操作部8a以及是否已经打开了扳机开关8。当扳机开关8为OFF（关闭）时，计算单元71等待直到扳机开关8为ON（打开）为止（步骤207）。当扳机操作部8a被拨动并且扳机开关8被打开时，计数器N以增量为1的方式累加计数（步骤207、步骤208），并且计算单元71根据电流检测电路79的输出值检测流过电动机3的电流值（步骤209）。接下来，计算单元71将获得的电流数据暂时存储到存储器的预定部分中作为DATA（N）。由于重复进行检测电流值并将电流数据存储到存储器的预定部分中作为DATA（N）的操作直到扳机操作部8a为OFF（关闭）为止（步骤209至步骤211），因此在关闭扳机操作部8a时，分别将图7中箭头151c、152c、153c和154c所示位置的电流值（通常，这些电流值提供最大的电流）存储在DATA（N）中作为获得的数据。

接下来，通过再次按下采样开关，计算单元71检测第一次采样操作是否结束（步骤212）。当采样操作未在步骤212中结束时，计算单元71返回到步骤207并且重复步骤207至步骤211。当采样操作在步骤212中结束时，从存储在DATA（N）中的获得的数据中选择最大值并且将该最大值定义为DATAmax(S_CNT)。接下来，计算单元71以增量为1的方式增加S_CNT（步骤214）并且判断S_CNT是否变为3（步骤215）。当在步骤215中S_CNT不是3时，计算单元71返回到步骤202并且重复步骤202至步骤214中的处理。

接下来，使用在三次处理中获得的DATAmax(0)、DATAmax(1)和DATAmax(2)，计算单元71更新用于控制电动工具1的阈值（步骤216）。关于如何计算要更新的数据，存在各种可用的方法。在本示例性实施例中，使用数据的平均值，即，将计算出的平均电流值更新为当从冲击工具的连续驱动模式切换至间歇驱动模式时的电动机3的电流阈值I_TH。接下来，计算单元71将阈值存储在EEPROM76（参见图5）中，因此将该阈值反映为重新设定值（重置值），然后计算单元71结束该处理（步骤217）。

如上所述，在本示例性实施例中，将电动工具设定为采样模式，并且在采样模式中，学习操作者操作电动工具的使用状态并且可以根据所学到的数据改变用于控制的各个阈值和参数。另外，由于阈值和参数存储在EEPROM76中并且此后用于控制，因此在执行特定的紧固操作时，操作者能够使电动工具学习操作者所需要的学习状态，因此可以设定最佳操作条件。

图9示出了使用在本示例性实施例中学习到的电动机3的电流阈值I_TH将连续驱动模式切换至间歇驱动模式的控制。在电动工具1中选择冲击模式时，在时间t₂₀，以连续驱动模式启动电动机3。在如箭头160a所示的启动电流过后，流过电动机3的电流值暂且降低，此后如同箭头160b那样增加，并且在时间t₂₁如同箭头160c那样到达在采样模式下获得的电流阈值I_TH。

在监测电流检测电路79的输出的同时，当检测到电流值160达到电流阈值I_TH时，计算单元71将其控制从当前使用的连续驱动模式切换到间歇驱动模式，从而重复如图4所示的用于使电动机反转和正转的驱动。在时间t₂₁暂且切断向电动机3供给的电流之后，计算单元71从时间t₂₂到时间t₂₃供给反转电流161，从而使撞锤52、53（参见图3）反转预定的反转角度。当撞锤52、53（参见图3）反转了预定角度时，在时间t₂₃暂且切断向电动机3供给的电流之后，计算单元71从时间t₂₄到时间t₂₅供给反转电流161。在时间t₂₅附近，撞锤52、53与撞击爪64、65碰撞，从而将强有力的撞击力传递至撞砧61。

在重复类似的操作以进一步向电动机3供给反转电流163、正转电流164和反转电流165的同时，计算单元171执行电动机3的间歇性驱动。这里，在图9所示的实例中，时间间隔t₂₁至t₂₂、t₂₃至t₂₄、t₂₅至t₂₆、t₂₇至t₂₈和t₂₉至t₃₀设定为电源切断区间，在这些期间内不向电动机3供给电流。这是由于：当供给到电动机3的电流突然发生逆转时，存在电动机3的操作可能不稳定的担心。然而，还可以基于学习到的电流阈值I_TH计算出电源切断时间间隔的大小。另外，还可以通过基于在采样模式下获得的数据计算出例如时间间隔t₂₂至t₂₃、t₂₄至t₂₅、t₂₆至t₂₇、t₂₈至t₂₉和t₃₀至t₃₁等其他控制参数来设定这些控制参数。

在上述示例性实施例中，在步骤210中获得的数据被定义为流过电动机3的电流值。然而，获得用于学习的数据不限于电动机3的电流值，还可以获得和反映例如电动机3的转数的上限值、撞击时间内开关元件11的PWM占空比的极限值（强弱控制）、以及撞锤52、53对撞砧61的撞击操作的次数或撞击时间等各种数据。在本示例性实施例中，使用状态不限于电动工具从工厂发货时设定的状态，操作者（用户）可以任意地执行操作以设定作为基准的状态并且允许工具学习该状态，从而实现适当的使用状态。因此，可以实现能够进行最适合于操作者的使用条件的驱动控制的电动工具。

重要的是通过在采样模式下的学习可以设定电动工具1的控制，还比较重要的是提供了能够将学习状态重置的重置功能。例如，在操作者想要取消学习内容并将工具的状态恢复为从工厂发货时的初始状态时，通过分配给特定开关的重置操作可以将状态恢复为初始状态。在该重置操作时间内，考虑到例如电动工具主体的老化损坏等校准因素，可以不将状态完全地恢复为初始状态，而可以设定为这样的状态：表面上看起来的状态变成与从工厂发货时的状态相同。

这里，作为可以在采样模式下学习到的参数和可以使用重置操作恢复为初始状态的参数，可以使用各种参数。同时，重要的是：不能通过学习操作改变例如过电流保护值、过温保护值、过放电电压值和撞击周期等用于保护电动工具1的主体的各种设定值的最优值。

虽然已经参考本发明的示例性实施例对本发明进行了描述，但是本发明不限于上述示例性实施例，在不背离本发明的主题的情况下，可以对本发明做出各种可行的变更。例如，在上述示例性实施例中，对使用冲击起子机的实例进行了说明。然而，冲击起子机不是限制性的，本发明可以应用于任意电动工具，只要该电动工具可以由微处理器进行控制即可。另外，在上述示例性实施例中，对冲击起子机从连续驱动模式到间歇驱动模式的切换时间内的控制阈值的学习进行了说明。然而，待学习的阈值并不限于此，还可以是具有电子离合器的起子机的离合器操作阈值或者操作电动工具的用户能够学习的任意数据或参数。

此外，可以预先将多个控制程序和控制参数存储在EEPROM中，并且可以使用在采样模式下获得的数据从这些程序和参数中选取最优的控制程序或参数。同样在这种情况下，由于可以按操作者的自主意愿启动学习功能，因此能够实现易于使用的电动工具。

本申请要求2011年7月21日提交的日本专利申请No.2011-159909的优先权，该日本专利申请的全部内容在此以引用方式并入本文中。

工业实用性

根据本发明的一个方面，提供了一种能够为每个用户实现最佳驱动模式的电动工具。

Claims

1.一种电动工具，包括：

电动机；

前端工具，其构造为由所述电动机驱动而旋转；以及

控制单元，其构造为控制所述电动机的旋转并且包括微处理器和存储单元，

其中，所述存储单元构造为通过学习所述电动机的使用状态来存储控制信息，并且

所述电动机构造为根据存储的所述控制信息而被驱动。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，

所述控制信息包括所述电动机的紧固时间、所述电动机的电流极限值和所述电动机的转数中的任何一个。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其中，

所述控制信息是在由操作者指定的特定操作期间内获得的学习值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动工具，其中，

所述电动工具是包括撞锤和撞砧的撞击工具，并且

所述控制信息是用于确定使用所述撞锤和所述撞砧从连续驱动模式转换到间歇驱动模式的时刻的信息。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其中，

所述控制信息是从连续驱动模式切换到间歇驱动模式时所述电动机的电流值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动工具，还包括：

采样模式开关，其用于指定所述特定操作的开始和结束。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其中，

所述特定操作执行多次，并且基于在所述特定操作期间内获得的多个驱动电流值计算出的计算值被设定为控制信息。

8.根据权利要求7所述的电动工具，其中，

所述计算值是获得的各驱动电流值的最大值的平均值。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动工具，还包括：

重置功能，其用于取消存储在所述存储单元中的所述控制信息并且将所述控制信息替换为在所述电动工具从工厂发货时设定的控制信息。