CN105729366B - 冲击旋转工具 - Google Patents

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Abstract

一种冲击旋转工具(11)包括电机(15)、基于PWM控制信号(CS)执行切换操作的切换元件(Q)以及随着切换元件(Q)的切换操作执行对电机(15)的PWM控制的控制器(40)。控制器(40)包括产生PWM控制信号(CS)的PWM控制单元(41)、检测是否已经产生冲击的冲击检测器(42)以及从在听得到的范围内的第一控制频率(fr1)和高于所述听得到的范围内的频率的第二控制频率(fr2)中选择所述PWM控制信号(CS1)的控制频率的控制频率切换单元(43)。当检测到未产生冲击时(A1)，所述控制器(40)输出具有所述第二频率(fr2)的PWM控制信号(CS2)，而当检测到已经产生冲击时(A2)，所述控制器(40)输出具有所述第一频率(fr1)的PWM控制信号(CS1)。

Description

冲击旋转工具
技术领域
本发明涉及一种冲击旋转工具。
背景技术
传统的冲击旋转工具对切换元件执行PWM控制，所述切换元件串联于电机从而调节供应至电机的电力(例如参见日本专利No.2010-76022)。
发明内容
当操作电动工具时PWM控制的频率可能变化。PWM频率(切换频率)的增加可能增加切换元件产生的热量。当PWM频率降至人耳可听范围(20Hz-20kHz)时，通过PWM控制产生的振动噪音可能干扰操作工具的人员。所述振动噪音在切换元件执行切换操作时产生。
本发明的目的是提供一种减少切换元件中的发热并减小由PWM控制造成的听得到的振动噪音的冲击旋转工具。
根据本发明一个实施例的冲击旋转工具包括电机、基于PWM控制信号执行切换操作的切换元件以及随着切换元件的切换操作对电机执行PWM控制的控制器。该控制器包括产生PWM控制信号的PWM控制单元、检测是否已经产生冲击的冲击检测器以及从在可听范围内的第一控制频率和高于该可听范围内频率的第二控制频率中选择所述PWM控制信号的控制频率的控制频率切换单元。当检测到未产生冲击时所述控制器输出具有所述第二频率的PWM控制信号，而在检测到已经产生冲击时输出具有所述第一频率的PWM控制信号。
根据本发明一个实施例的冲击旋转工具减少了切换元件中的发热并降低了由PWM控制造成的听得到的振动噪音。
本发明的其他方面和优点从结合附图并以示例方式示出本发明的原理的以下的描述将变得明显。
附图说明
图1是示出冲击旋转工具的一个实施例的示意性原理图。
图2是图1所示冲击旋转工具的框图。
图3是示出图1所示冲击旋转工具的特性的图表，其中水平轴线代表时间，竖直轴线的上部代表PWM频率，而竖直轴线的下部代表扭矩传感器输出。
具体实施方式
现将参照附图描述冲击旋转工具的一个实施例。
如图1和图2所示，冲击旋转工具11是例如可被用作冲击起子或冲击式扳手的手持工具。冲击旋转工具11的罩壳12包括管状筒13和从筒13向下延伸的手柄14。
充当驱动源的电机15被布置在筒13的基端(图1中看到的右侧)处。电机15的旋转轴线可沿筒13的轴线设置。电机15的输出轴16可指向筒13的远端(图1的左边)。电机15例如可为直流电机，例如有刷电机或无刷电机。电机15的输出轴16连接于冲击力发生器17。
当负荷低时，冲击力发生器17减少通过电机15产生的旋转速度以增加扭矩。当负荷高时，冲击力发生器17由电机的旋转力产生冲击力。冲击力发生器17包括减速器18、冲锤19、砧座20和心轴21。减速器18以预定减速比减低电机15的转速。通过减速器18减低速度并增加扭矩的旋转被传输至冲锤19。冲锤19撞击砧座20并且旋转心轴21。
冲锤19可绕减速器18的驱动轴22旋转并可沿驱动轴22朝前后移动。冲锤19被布置在减速器18与冲锤19之间的螺旋弹簧24朝前(图1中看到的左侧)偏压。这迫使冲锤19靠在砧座20上。冲锤19包括两个凸起19a。砧座20包括当冲锤19在向前位置处旋转时接合冲锤19的两个凸起20a。当冲锤19与砧座20一体地旋转时，减速器18将驱动轴22的减低的转速传输至心轴21，所述心轴与砧座20同轴。夹头13a被布置在筒13的远端处。刀头23以可移除的方式附连于夹头13a。
当心轴21和刀头23一体地旋转以紧固或放松例如螺栓的紧固件时，所述紧固件对心轴21施加高负荷，预定值或更大的扭矩被施加于冲锤19与砧座20之间。这沿驱动轴22朝后(图1中看到的向右)移动冲锤19，同时压缩螺旋弹簧24。当冲锤19的凸起19a和砧座20的凸起20a脱离时，冲锤19自由地旋转。螺旋弹簧24的偏压力朝砧座20移动自由旋转的冲锤19以便当下一次接合时冲锤19再次撞击砧座20。每当冲锤19抵抗螺旋弹簧24的偏压力相对砧座20自由旋转时重复冲锤19的撞击。这样，冲击旋转工具11紧固和放松例如螺栓的紧固件。
扭矩传感器25可附连于冲击旋转工具11的心轴21。扭矩传感器25基于冲击扭矩的检测来检测是否已经产生冲击。扭矩传感器25例如可包括变形传感器。当心轴21接收冲击扭矩并输出具有根据心轴的变形的电压的扭矩检测信号I(参见图3)时，扭矩传感器25检测到心轴21的变形。经由并入心轴21的滑环26将扭矩检测信号I提供给电路板27(控制器40)。
手柄14包括当驱动冲击旋转工具11时由使用者操作的触发杆28。电路板27被容纳在手柄14中。电路板27包括驱动和控制电机15的控制器40和驱动电路50。电池组29以可移除的方式附连于手柄14的下端。当使用工具11时电池组29被附连于手柄14的下端。电池组29例如包含可再充电电池30。
电路板27例如通过电源线31连接于电池组29的可再充电电池30。电路板27例如通过电源线32连接于电机15。电路板27例如通过信号线33连接于扭矩传感器25(滑环26)。电路板27连接于检测触发杆28的操作量(拉动量)的触发开关34(参见图2)。
现将参照图2和图3描述冲击旋转工具11的电气配置和控制。
控制器40从触发开关34接收根据触发杆28的操作量(拉动量)的操作信号。控制器40从扭矩传感器25接收根据施加于心轴21的冲击扭矩的扭矩检测信号。控制器40基于包括操作信号和扭矩检测信号I的各种输入信号产生PWM控制信号。随后，控制器40将PWM控制信号提供给驱动电路50。
驱动电路50例如可包括使用例如MOSFET的切换元件Q的桥接电路。切换元件Q基于来自控制器40的PWM控制信号执行切换操作。驱动电路50由电池组29(可充电电池30)供电、根据切换元件Q的切换操作产生驱动力、并且将所述驱动力供给马达15。因此，驱动电路50基于控制器40的PWM控制信号驱动电机15。
本实施例的控制器40被配置以根据工具状态改变或切换PWM控制信号的控制频率，所述控制频率被提供给驱动电路50。在所示示例中，控制器40包括PWM控制单元41、冲击检测器42和控制频率切换单元(选择器)43。
如图3所示，当在低负荷范围A1内操作冲击旋转工具11时，不产生冲击扭矩。因此，扭矩传感器25不输出扭矩检测信号I。当在高负荷范围A2内操作冲击旋转工具11时，产生冲击扭矩。因此，每当产生冲击扭矩时，扭矩传感器25输出扭矩检测信号I。冲击检测器42基于扭矩检测信号I的输入，即冲击旋转工具11是在低负荷范围A1还是高负荷范围A2内被操作，来检测(或确定)是否已经产生冲击。
根据冲击检测器42的检测，控制频率切换单元43从低于20kHz(可听范围的上限)的听得到的第一控制频率fr1和高于20kHz的听不到的第二控制频率fr2中选择PWM控制信号的控制频率。
切换元件Q根据PWM控制信号执行切换操作。切换元件Q在PWM控制信号的控制频率高时产生更多热量，而在PWM控制信号的控制频率低时产生更少热量。为了降低切换元件Q产生的热量，优选的是PWM控制信号的控制频率低。然而，如果控制频率降至20kHz或更低的可听范围，则切换元件Q的切换操作增加可听范围内的振动噪音。这可能干扰使用者。
本实施例的冲击旋转工具11使用冲击噪音来掩盖振动噪音以使振动噪音更少被听到。冲击噪音指的是当冲锤19撞击砧座20时产生的噪音。更特别地，在本实施例的控制器40中，冲击检测器42检测工具11是处于其中未产生冲击的低负荷范围A1内还是处于其中产生冲击的高负荷范围A2内。当冲击检测器42检测到其中不产生冲击的低负荷范围A1时，控制频率切换单元43选择高于20kHz的控制频率fr2。PWM控制单元41产生具有由控制频率切换单元43选定的听不到的控制频率fr2的PWM控制信号CS2。控制器40以这种方式驱动和控制电机15。因此，当冲击旋转工具11在低负荷范围A1内运转时，来自切换元件Q的听得到的振动噪音的产生被限制。这使得冲击旋转工具能够以相对安静的方式运转。
当冲击检测器42检测到高负荷范围A2时，控制频率切换单元43选择低于20kHz的控制频率fr1。PWM控制单元41产生具有由控制频率切换单元43选定的控制频率fr1的PWM控制信号CS1。控制器40以这种方式驱动和控制电机15。因此，当冲击旋转工具11在高负荷范围A2内运转时，冲击噪音掩盖了由切换元件Q产生的可听范围内的振动噪音。进一步地，切换元件Q根据具有听得到的控制频率fr1的PWM控制信号CS1执行切换操作。这减少了热量。因此，本实施例的冲击旋转工具11减少了热量并且减少了烦扰的振动噪音。
本实施例具有如下所述的优点。
(1)本实施例的冲击旋转工具11的控制器40包括产生PWM控制信号的PWM控制单元41、检测是否产生冲击的冲击检测器42以及从听得到的控制频率fr1和高于可听范围控制频率fr1的听不到的控制频率fr2中选择PWM控制信号的控制频率的控制频率切换单元43。当冲击检测器42检测到其中不产生冲击的状态时，控制频率切换单元43选择控制频率fr2。当冲击检测器42检测到其中产生冲击的状态时，控制频率切换单元43选择控制频率fr1。当不产生冲击时(低负荷范围A1)，产生具有听不到的控制频率fr2的PWM控制信号CS2。这限制了在可听范围内产生的振动噪音。当产生冲击时(高负荷范围A2)，产生具有听得到的控制频率fr1的PWM控制信号CS1。这种情况下，冲击噪音掩盖了听得到的振动噪音。因此，不干扰使用者。进一步地，切换元件Q在低控制频率fr1下执行切换操作。这减少了热量。因此，本实施例的冲击旋转工具11减少了开关损耗并减少了烦扰的振动噪音。
(2)冲击检测器42被配置为基于扭矩传感器25的冲击扭矩检测来检测是否已经产生冲击。这帮助并确保了是否产生冲击的检测。
对本领域中技术人员而言应该明显的是，本发明可以许多其它特定形式体现而不脱离本发明的精神或范围。特别地，应当理解的是本发明可以以下形式体现。
例如，扩音器可检测冲击的产生。
PWM控制单元41、冲击检测器42和控制频率切换单元43可为硬件、软件、固件或它们的组合。例如，PWM控制单元41、冲击检测器42和控制频率切换单元43可包括一个或更多处理器以及存储包括由处理器执行的指令的程序的一个或更多存储器。当执行所述程序时，所述一个或更多处理器实现了PWM控制单元41、冲击检测器42和控制频率切换单元43的功能。每个处理器例如为CPU。每个存储器可存储控制频率fr1和fr2。所述处理器被配置为根据从触发开关34接收的操作信号确定PWM控制信号的工作周期并根据从扭矩传感器25接收的扭矩检测信号I切换控制频率fr1和fr2。例如，当触发杆28在低负荷范围A1内运转时，处理器产生具有根据触发杆28的操作量的工作周期和听不到的控制频率fr2的PWM控制信号CS2。当触发杆28在高负荷范围A2内运转时，处理器产生具有根据触发杆28的操作量的工作周期和听得到的控制频率fr1的PWM控制信号CS1。当在触发杆28的操作量保持固定的同时低负荷范围A1切换为高负荷范围A2时(参见图3)，处理器将PWM控制信号的频率从听不到的控制频率fr2切换为听得到的控制频率fr1，同时保持根据固定操作量的固定工作周期。
本示例和实施例将被认为是说明性的以及非限制性的，并且本发明不限于于此给出的细节，而是可在所附权利要求的范围和等价物内改进。

Claims (6)

1.一种冲击旋转工具(11)，其包括：
电机(15)；
基于PWM控制信号(CS)执行切换操作的切换元件(Q)；以及
随着所述切换元件(Q)的所述切换操作对所述电机(15)执行PWM控制的控制器(40)；
其中
所述控制器(40)包括：
产生所述PWM控制信号(CS)的PWM控制单元(41)；
检测是否已经产生冲击的冲击检测器(42)；以及
从在听得到的范围内的第一控制频率(fr1)和高于所述听得到的范围内的频率的第二控制频率(fr2)中选择所述PWM控制信号的控制频率的控制频率切换单元(43)；并且
当检测到未产生冲击时(A1)，所述控制器(40)输出具有所述第二控制频率(fr2)的PWM控制信号(CS2)，而在检测到已经产生冲击时(A2)，所述控制器(40)输出具有所述第一控制频率(fr1)的PWM控制信号(CS1)。
2.根据权利要求1所述的冲击旋转工具，其中所述冲击检测器(42)基于通过扭矩传感器检测到冲击扭矩来检测是否已经产生冲击。
3.根据权利要求1所述的冲击旋转工具，其中所述冲击检测器(42)基于通过扩音器检测到冲击噪音来检测是否产生冲击。
4.一种冲击旋转工具(11)，其包括：
电机(15)；
连接于所述电机(15)的电机驱动器(50)，其中所述电机驱动器(50)包括根据PWM控制信号(CS)运行的切换元件(Q)；以及
连接于所述电机驱动器(50)的控制器(40)，其中所述控制器(40)将所述PWM控制信号(CS)提供给所述电机驱动器(50)；
其中
所述控制器(40)包括：
存储包括指令的程序的一个或更多存储器；以及
能够执行所述一个或更多存储器的所述程序的一个或更多处理器，并且
在所述程序的执行期间，所述处理器被配置为：
当所述冲击旋转工具(11)产生冲击时，产生PWM控制信号(CS1)，所述PWM控制信号(CS1)具有根据所述冲击旋转工具的触发杆(28)的操作量的工作周期和听得到的控制频率(fr1)；并且
当所述冲击旋转工具(11)不产生冲击时，产生PWM控制信号(CS2)，所述PWM控制信号(CS2)具有根据所述冲击旋转工具(11)的所述触发杆(28)的操作量的工作周期和听不到的控制频率(fr2)，其中所述听不到的控制频率(fr2)高于所述听得到的控制频率(fr1)。
5.根据权利要求4所述的冲击旋转工具(11)，其中当所述冲击旋转工具(11)从非冲击状态转入冲击施加状态时，所述处理器将所述PWM控制信号(CS)的控制频率从所述听不到的控制频率切换到所述听得到的控制频率。
6.根据权利要求4所述的冲击旋转工具(11)，其中所述一个或更多存储器存储所述听得到的控制频率(fr1)和所述听不到的控制频率(fr2)。
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