CN105500264A - 一种电动螺丝刀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动螺丝刀及其控制方法，其控制电路具有控制单元、电子开关、开关、存储单元、限流设定开关，限流器、电流检测模块、电压检测模块、电机转速传感器，所述存储单元中存储有转速预定值N1，所述电流检测模块检测电机电流，所述电压检测模块检测所述蓄电池组的输出电压，所述控制单元根据所述电机转速预定最大值N1及侦测的电机电流计算维持转速预定最大值N1所需的电压值和电流值，所述电压检测模块实时检测所述电机的实际电压，所述控制单元根据检测的实际电压与基准电压之差调节输出的驱动信号，从而维持电机转速。

Description

一种电动螺丝刀及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动工具，特别涉及一种电动螺丝刀及其控制方法。

背景技术

电动螺丝刀是一种手工工具，一般具有外壳和设置在输出轴上的螺丝刀。广泛的应用于工业和家居领域中，通常用于安装或拆卸螺纹紧固件，对工件施加扭矩或者转动。

现有的电动螺丝刀包括壳体，在其中设置电机，壳体同时作为操作者握持的部位，在壳体的前端装配有螺丝刀，蓄电池驱动电机，电机通过传动部件带动螺丝刀转动。但是现有的电动螺丝刀存在着诸多的缺陷，如蓄电池耐久性能差，经常需要维护保养，工作过程中电机振动剧烈，严重耗费操作者的体力，紧固时电机螺丝刀容易卡住，使得电机存在过载导致电机损坏的危险。

发明内容

基于上述不足，本发明进行了深入研究，开发出一种电动螺丝刀及其控制方法。

本发明一方面提供一种电动螺丝刀，具有壳体、手柄，所述壳体内安装有电机，所述壳体的前端设置有输出轴，所述输出轴与所述电机通过传动机构连接，所述输出轴的前端设置有螺丝刀头插孔，所述螺丝刀头插孔内能安装不同型号的螺丝刀刀头，所述手柄内设置有控制单元，用于信号发送/接收的发射/接收装置，存储单元，充电插座，与所述电机通过所述控制单元进行连接的开关，与所述手柄下方的蓄电池组相连的充电插座，所述手柄下方设置有蓄电池组，通过所述开关控制所述电机启动和停止，通过所述充电插座与外界电源连接，控制电路具有控制单元、电子开关、开关、存储单元、限流设定开关，限流器、电流检测模块、电压检测模块、电机转速传感器，其特征在于：

所述的传动机构包括：设置在所述电机前端的环形齿轮，所述环形齿轮的齿部设置在环形的内环处，所述环形齿轮的内部靠近电动螺丝刀的前方一端设置有行星齿轮架，所述环形齿轮与所述行星齿轮架之间通过若干行星齿轮传动，所述输出轴与行星齿轮架连接；

所述壳体的前端设置有调节圈，所述调节圈内设置有螺纹环，所述环形齿轮的前端面为高低起伏的扭矩调节面，所述壳体内设置有与所述扭矩调节面抵接的滚球，所述滚球与止动销相抵接，所述止动销的前端设置有止动板，所述止动板和所述螺纹环之间设置有螺旋支撑弹簧，通过转动所述调节圈致动所述螺纹环，使得所述螺旋弹簧被压缩或伸长；

所述输出轴的后端还安装有锁定销，所述锁定销的侧壁上设置凹槽，所述行星齿轮架上设置有与所述锁定销上凹槽配合的突起，所述锁定销外侧有锁定圈，所述锁定圈与所述锁定销之间的空隙中设置自锁块，当所述电机停止工作时，所述锁定销，所述行星齿轮架，所述自锁块三者之间自动锁定；

所述存储单元中存储有转速预定值N1，所述电流检测模块检测电机电流，所述电压检测模块检测所述蓄电池组的输出电压，所述控制单元根据所述电机转速预定最大值N1及侦测的电机电流计算维持转速预定最大值N1所需的电压值和电流值，

所述电压检测模块实时检测所述电机的实际电压，所述控制单元根据检测的实际电压与基准电压之差调节输出的驱动信号，从而维持电机转速。

本发明另一方面提供一种电动螺丝刀的控制方法，所述驱动信号为脉宽调制信号，若所述电机的实际电压超过基准电压时，所述控制单元减小所述驱动信号的占空比；若所述电机的实际电压小于基准电压时，所述控制单元增大驱动信号的占空比。

本发明另一方面提供一种电动螺丝刀的控制方法，根据所述电机转速传感器的信号，如果电机转速小于转速预定最大值N1，所述控制单元通过所述电流检测模块实时检测电机电流，并将侦测的电机电流与计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值比较，使得限流器调节电机电流为计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值中的较大值，并且该电流值的较大值不能大于存储单元中预先储存的电流阈值；

如果电机转速大于转速预定最大值N1，所述控制单元通过所述电流检测模块实时检测电机电流，并将侦测的电机电流与计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值比较，使得限流器调节电机电流为计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值中的较小值。

本发明另一方面提供一种电动螺丝刀的控制方法，如果电机转速传感器发送给控制单元的信号值突变，所述控制单元根据当前时间间隔内与前一设定时间间隔内电流电压参数的变化判断，所述控制单元判断电动螺丝刀被卡住，控制所述电机停机，防止电机被烧毁。

附图说明

附图1是本发明电动螺丝刀的整体系统结构示意图。

附图2是本发明电动螺丝刀的传动机构的结构示意图。

附图3是本发明电动螺丝刀的输出轴的结构示意图。

附图4是本发明电动螺丝刀的防振隔断的结构示意图。

附图5是本发明电动螺丝刀的蓄电池与控制单元连接的结构示意图。

附图6是本发明电动螺丝刀的控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种电动螺丝刀，具有壳体1、手柄2，壳体1内安装有电机3，壳体1前端设置有输出轴12，输出轴12与电机3通过传动机构4连接，输出轴12的前端设置有螺丝刀头插孔，螺丝刀头插孔内可以安装不同型号的螺丝刀刀头16。

手柄2内设置有控制单元19，用于信号发送/接收的发射/接收装置50，存储单元51，充电插座52，与电机3通过控制单元19进行连接的开关17，与手柄2下方的蓄电池组18相连的充电插座42，手柄2下方设置有蓄电池组18，通过开关17控制电机3启动和停止，通过充电插座12与外界电源连接，可以对蓄电池组18进行充电。

如图2所示，所述的传动传动机构4包括：设置在电机3前端的环形齿轮6，环形齿轮6的齿部设置在环形的内环处，环形齿轮6的内部靠近电动螺丝刀的前方一端设置有行星齿轮架26，环形齿轮6与行星齿轮架26之间通过若干行星齿轮28传动，输出轴12与行星齿轮架26连接，当电机3驱动环形齿轮6转动时，带动行星齿轮28和行星齿轮架26的转动，使得输出轴12同步转动。

壳体1的前端设置有调节圈11，调节圈11内设置有螺纹环22，环形齿轮6的前端面为高低起伏的扭矩调节面，壳体1内设置有与扭矩调节面抵接的滚球27，滚球与止动销25相抵接，止动销25的前端设置有止动板24，止动板24和螺纹环22之间设置有螺旋支撑弹簧21，通过转动调节圈11致动螺纹环22，使得螺旋弹簧21被压缩或伸长，从而使得滚球27与环形齿轮6的扭矩调节面之间的压力增大或减小，滚球27变得难以或容易越过扭矩调节面之间的阶梯，从而达到机械调节螺丝刀刀头可以在不同输出扭力之间调整。当需要较大的输出扭力时，调节调节圈11使得螺纹环向前方移动，当需要较小的输出扭力时，调节调节圈11使得螺纹环22向后方移动。

输出轴12的后端还安装有锁定销23，锁定销23的侧壁上设置凹槽，行星齿轮架26上设置有与锁定销23上凹槽配合的突起，锁定销外侧有锁定圈8，锁定圈8与锁定销23之间的空隙中设置自锁块7，当电机3停止工作时，锁定销23，行星齿轮架26，自锁块7三者之间自动锁定，从而输出轴无法转动，可以作为普通螺丝刀使用。

实施例2

如图3所示，本发明提供一种电动螺丝刀，其中输出轴12前端的螺丝刀头插孔内具有空腔121，该空腔的截面形状与螺丝刀刀头16的杆柄161互补，如空腔形成规则六面形，螺丝刀刀头的杆柄161形成六面体。所述空腔121与输出轴12同轴形成，空腔121的侧壁上开设相对的两个容纳孔122，并且容纳孔的长度方向比容纳孔的宽度方向大，形成为长条形的轮廓。

在每个容纳孔中都有一个球体123，该球体123的一部分地伸入空腔121中，球体123进入空腔121中的深度受到容纳孔122的宽度方向的轮廓限制。球体123可以沿壳体的轴线方向在长条形的容纳孔122中移动，长条形容纳孔122前端面和后端面限制了球体的运动距离。

调整套环124设置在容纳孔122的轴向外侧，并包围两个长条形容纳孔122。通过螺旋弹簧125将调整套环124紧紧挤压在阻挡圈126上，阻挡圈126卡在输出轴外侧的卡槽中。螺旋弹簧125在输出轴12上被夹紧在调整套环124和卡环163之间。操作者通过以克服螺旋弹簧125的力使调整套环124在轴线方向上移动。

调整套环124在其内表面上具有旋转对称的轮廓。该轮廓具有阻挡面128，阻挡面128用于阻挡球体123的径向运动，当球体123接触阻挡面128时，球体123的一部分伸入空腔121中。杆柄161在此处相应形成一个形状适应但是半径大于球体的弧形凹槽165。

阻挡面128相距空腔121的径向间距小于球体123的径向尺寸。当调整套环124使得球体123紧靠在容纳孔122前端的端面上时，阻挡面128切向地靠在球体上。

阻挡面128的后方有向后方倾斜连接的斜面129，斜面129增大了斜面与轴线之间的间距。在斜面端部，径向间距的大小至少使得球体在径向上能够完全从空腔121中出来。压簧168在轴向上压着两个球体。球体123通过压簧168末端的卡销169压迫保持在紧靠在容纳孔122前方端面。

由此，在插入或拆除螺丝刀刀头16时，杆柄161压迫球体123，使得压簧168变形，球体123从空腔中挤出，而后卡入杆柄161上的弧形凹槽165，无需其他多余操作，方便了更换不同的螺丝刀刀头。

实施例3

在工作时，电机3与输出轴的螺丝刀头6会产生振动，这种振动会传递给壳体1和手柄2，影响操作者电动螺丝刀的操作。因此为了将振动与壳体1隔开，本发明提供一种电动螺丝刀，在壳体1内设置弹性的减振隔断100，减振隔断100被固定在电机3的壳体1上。

优选具有橡胶弹性的减振隔断100，其允许电机3相对于壳体1作相对振动，减振壳体1的橡胶材质具有弹性挠曲和缓冲的性质，使得电机3传递到壳体1的振动能显著的减小。

壳体1沿着轴向方向上，叠合套在减振隔断100上，并且壳体1有间隙101的固定在电机3的外壳上。壳体1和电机3外壳之间存在间隙101具有两方面作用，一方面使得电机3与壳体1之间的相对振动被隔断，另一方面，避免了电机3的外壳与壳体1之间在振动时磨损或损坏。

如图4所示，减振隔断100大致形成为与壳体1轴向方向上延伸的管状物，由两个半边部分合并为管状物，该管状物紧密包围电机3(图中未示出)的外壳并与壳体1的周围轮廓贴合。减振隔断100包括一个固定于电机3的外壳上的固定套管200、一个同轴套设在固定套管外的缓冲套管400，一个同轴环绕固定套管200和缓冲套管400，但是与壳体1固定连接的套管支架500。固定套管200和套管支架500、以及它们之间的缓冲套管400沿着径向从里向外叠置成同轴结构。壳体1与套管之间固定连接成一个组件，并且该组件相对于缓冲套管400的橡胶的弹性而言是刚性的。同样的电机3的外壳与固定套管200的橡胶的弹性而言是相比较也是刚性。

优选的，固定套管200、套管支架500、缓冲套管400分别按照双组份注塑成型的工艺一体注塑成型，并且缓冲套管400的截面大致形成为S形状，使得装配后套管支架500的套管部分501，与固定套管200的套管部分201在径向上被缓冲套管400包围。

实施例4

如图1所示，本发明的电动螺丝刀具有控制单元19，开关17将开启或关闭的信号输入控制单元19，同时具有存储单元51，存储单元51中存储着电动螺丝刀运行相关的数据，并具有预先授权的的信息或数据，控制单元19能从存储单元51中读取和存入数据。

具有一个外置的，由具有合法授权的操作者的钥匙150，该钥匙150在附图中示意性的表示，该钥匙150具有发射/接收装置，并且优选具有无线和远程作用的接口，如典型的光学红外接口或者无线电。通过上述接口与电动螺丝刀的发射/接收装置50进行通信，电动螺丝刀的发射/接收装置50与控制单元19连接。

控制单元19在预设条件或预设的时间间隔时，通过电动螺丝刀的发射/接收装置50将存储单元51中存储的授权码询问信号发送出去，外置钥匙150的发射/接收装置接收到授权码询问信号后被激活，从睡眠模式转换为工作模式，然后外置钥匙的发射/接收装置向电动螺丝刀的发射/接收装置50发出预设好的授权码信号，该授权码信号被传送到控制单元19，与存储在存储单元51中的预设信息进行比较，如果授权码信号正确，则控制单元19将开关17的开启或关闭信号正常向电机3传送，如果授权码信号不正确或者没有接收到授权码信号，则控制单元19切断开关17向电机3传送的信号，保持电动螺丝刀处于闭锁状态。

如此当电动螺丝刀被盗窃时无法进行正常操作，或者被没有授权的操作者使用时，如被儿童持有时，不会产生误操作。

实施例5

蓄电池的充电和放电期间，能够通过监控蓄电池的参数，如蓄电池的电压、电流强度、温度、以及上述参数与实践的特性曲线，并且相应的设定极限值的检测故障状态，从而可对蓄电池或电动螺丝刀的操作者给出报警信息。

如图4所示，本发明的电动螺丝刀的蓄电池组18中的保护单元180能识别出蓄电池的故障状态时中断热敏电阻的馈电导线183。

蓄电池组18包括多个蓄电池组电池单元，保护单元180通过分路电路与这些蓄电池组电池单元中的每一个构成并联，蓄电池组18通过两个充电触点与充电器/电动螺丝刀中的控制单元19连接，蓄电池组18还具有监视触点181，控制单元19与监视触点181接触，检测热敏电阻184的状态。

蓄电池组18中包括保护单元180，通过馈电导线中的开关与热敏电阻184共同作用，热敏电阻184构成为与保护单元180无关的温度传感器，如果保护单元180识别出蓄电池出现故障，则热敏电阻184的馈电导线被中断。控制单元19根据对应存储单元中存储的故障信号类型，中断蓄电池的电流或者发出相应的报警信号。

当蓄电池组18内部温度升高时，热敏电阻184的电阻值降低，当电阻低于存储单元中预设的极限值，控制单元19中断蓄电池的电流或者发出报警信号。

实施例6

为了进一步精确调节电动螺丝刀的扭矩输出值，对本发明的电动螺丝刀的控制电路进一步优化。

控制电路70具有控制单元19、电子开关171、开关17、存储单元50、第一电流阈值设定单元64、限流器503、电流检测模块505、电压检测模块501、电机转速传感器502。

电机3与通过电子开关171与蓄电池组18相连，电子开关171通过限流器503于与控制单元19相连。

由于电机转速N与电机电压及电机电流I有关，且在负载增大时，电机电流I也相应的增大，若需维持电机转速N，则需要增大对应的电机电压。因此可以根据侦测的电机电流I和电机电压得到电机转速N，并通过调节限流设定开关508调节设定限流器503的电流通过值，设定电机转速预定最大值N1。

存储单元50中存储有转速预定值N1，电流检测模块505检测电机电流，电压检测模块501检测蓄电池组的输出电压、控制单元19根据电机转速预定最大值N1及侦测的电机电流计算维持转速预定最大值N1所需的电压值和电流值。控制单元19以计算得到的电压值为基准电压。电压检测模块501实时检测电机3的实际电压，控制单元19根据检测的实际电压与基准电压之差调节输出的驱动信号，从而维持电机转速。

驱动信号为脉宽调制信号，若电机3的实际电压超过基准电压时，控制单元19减小驱动信号的占空比；若电机3的实际电压小于基准电压时，控制单元19增大驱动信号的占空比。

根据电机转速传感器502的信号，如果电机转速小于转速预定最大值N1，控制单元19通过电流检测模块505实时检测电机电流，并将侦测的电机电流与计算需要的电流值和限流设定开关508设定的电流值比较，使得限流器503调节电机电流为计算需要的电流值和限流设定开关508设定的电流值中的较大值，并且该电流值的较大值不能大于存储单元50中预先储存的电流阈值。如果电机转速大于转速预定最大值N1，控制单元19通过电流检测模块505实时检测电机电流，并将侦测的电机电流与计算需要的电流值和限流设定开关508设定的电流值比较，使得限流器503调节电机电流为计算需要的电流值和限流设定开关508设定的电流值中的较小值。如果电机转速传感器502发送给控制单元的信号值突变，控制单元19根据当前时间间隔内与前一设定时间间隔内电流电压参数的变化判断，如1s或3s时间，电机转速传感器502检测的电机转速降为0，而电流检测模块505、电压检测模块501仍然检测到信号输出，则控制单元19判断电动螺丝刀被卡住，控制电机3停机，防止电机被烧毁。

上述具体实施例只是对本发明内容的示意性说明，不代表对本发明内容的限制。本领域技术人员可以想到的是，本发明中电动螺丝刀具体结构可以有很多的变化形式，但其采用技术方案的主要技术特征与本发明相同或相似，均应涵盖于本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种电动螺丝刀，具有壳体、手柄，所述壳体内安装有电机，所述壳体的前端设置有输出轴，所述输出轴与所述电机通过传动机构连接，所述输出轴的前端设置有螺丝刀头插孔，所述螺丝刀头插孔内能安装不同型号的螺丝刀刀头，所述手柄内设置有控制单元，用于信号发送/接收的发射/接收装置，存储单元，充电插座，与所述电机通过所述控制单元进行连接的开关，与所述手柄下方的蓄电池组相连的充电插座，所述手柄下方设置有蓄电池组，通过所述开关控制所述电机启动和停止，通过所述充电插座与外界电源连接，控制电路具有控制单元、电子开关、开关、存储单元、限流设定开关，限流器、电流检测模块、电压检测模块、电机转速传感器，其特征在于：

所述的传动机构包括：设置在所述电机前端的环形齿轮，所述环形齿轮的齿部设置在环形的内环处，所述环形齿轮的内部靠近电动螺丝刀的前方一端设置有行星齿轮架，所述环形齿轮与所述行星齿轮架之间通过若干行星齿轮传动，所述输出轴与行星齿轮架连接；

所述壳体的前端设置有调节圈，所述调节圈内设置有螺纹环，所述环形齿轮的前端面为高低起伏的扭矩调节面，所述壳体内设置有与所述扭矩调节面抵接的滚球，所述滚球与止动销相抵接，所述止动销的前端设置有止动板，所述止动板和所述螺纹环之间设置有螺旋支撑弹簧，通过转动所述调节圈致动所述螺纹环，使得所述螺旋弹簧被压缩或伸长；

所述输出轴的后端还安装有锁定销，所述锁定销的侧壁上设置凹槽，所述行星齿轮架上设置有与所述锁定销上凹槽配合的突起，所述锁定销外侧有锁定圈，所述锁定圈与所述锁定销之间的空隙中设置自锁块，当所述电机停止工作时，所述锁定销，所述行星齿轮架，所述自锁块三者之间自动锁定；

所述存储单元中存储有转速预定值N1，所述电流检测模块检测电机电流，所述电压检测模块检测所述蓄电池组的输出电压，所述控制单元根据所述电机转速预定最大值N1及侦测的电机电流计算维持转速预定最大值N1所需的电压值和电流值，所述电压检测模块实时检测所述电机的实际电压，所述控制单元根据检测的实际电压与基准电压之差调节输出的驱动信号，从而维持电机转速。

2.如权利要求1所述的电动螺丝刀的控制方法，其特征在于：所述驱动信号为脉宽调制信号，若所述电机的实际电压超过基准电压时，所述控制单元减小所述驱动信号的占空比；若所述电机的实际电压小于基准电压时，所述控制单元增大驱动信号的占空比。

3.如权利要求2所述的电动螺丝刀的控制方法，其特征在于：

根据所述电机转速传感器的信号，如果电机转速小于转速预定最大值N1，所述控制单元通过所述电流检测模块实时检测电机电流，并将侦测的电机电流与计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值比较，使得限流器调节电机电流为计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值中的较大值，并且该电流值的较大值不能大于存储单元中预先储存的电流阈值；

如果电机转速大于转速预定最大值N1，所述控制单元通过所述电流检测模块实时检测电机电流，并将侦测的电机电流与计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值比较，使得限流器调节电机电流为计算需要的电流值和限流设定开关设定的电流值中的较小值。

4.如权利要求3所述的电动螺丝刀的控制方法，其特征在于：

如果电机转速传感器发送给控制单元的信号值突变，所述控制单元根据当前时间间隔内与前一设定时间间隔内电流电压参数的变化判断，所述控制单元判断电动螺丝刀被卡住，控制所述电机停机，防止电机被烧毁。