CN105880685A - 动力工具 - Google Patents

Abstract

一种动力工具，包括壳体、电机、主轴、夹头、控制件及控制件状态检测电路，控制件状态检测电路包括触发件及传感器；控制件可操作地相对于所述壳体于初始位置与工作位置之间运动，使螺母或者芯体相对壳体的位置进行分离或锁定；触发件和传感器二者在控制件的带动下产生相对运动以根据控制件的位置，并控制动力工具于工作模式与工作头更换模式之间切换。本发明中通过控制装置中控制件状态检测电路检测控制件的位置以识别电钻当前的工作模式，并自动控制电机按照预设的方向进行旋转，噪音较小、操作方便且结构简单。

Description

动力工具

技术领域

本发明涉及一种动力工具。

背景技术

目前，市场上出现了一些可快速锁紧及释放钻头的电钻，此类电钻通常设置手动控制的操作件，通过操作件控制离合器的啮合与分离先将螺母相对机壳的位置进行锁定，以使得主轴带动芯体旋转时卡爪能锁紧或释放钻头。然而传统电钻中大多是采用机械离合器，但机械离合器在用户操作脱扣时，离合器噪音大，且机械离合器中众多的零部件以及其复杂的连接关系，使得动力工具操作复杂且体积庞大。

发明内容

基于此，有必要提供一种噪音较小、操作方便且结构简单的动力工具。

一种动力工具，包括壳体、设置于所述壳体内的电机、由电机驱动输出旋转动力的主轴以及用于锁紧和释放工作头的夹头，所述夹头包括与所述主轴连接的芯体、相对所述芯体活动设置的多个卡爪以及套设于所述芯体外侧的螺母；所述动力工具还包括控制件及控制件状态检测电路，所述控制件状态检测电路包括触发件及传感器；所述控制件可操作地相对于所述壳体于初始位置与工作位置之间运动，使所述螺母或者所述芯体相对所述壳体的位置进行分离或锁定；所述触发件和所述传感器二者在所述控制件的带动下产生相对运动以根据所述控制件的位置，并控制所述动力工具于工作模式与工作头更换模式之间切换。

在其中一个实施例中，所述工作位置包括位于所述初始位置两侧的第一工作位置与第二工作位置，所述传感器包括与所述触发件配合用于感应所述控制件不同位置的第一传感器与第二传感器；当所述触发件分别对应所述第一传感器与第二传感器时，所述控制件位于所述第一工作位置或所述第二工作位置，以控制所述电机按照预定的旋转方向启动从而分别使夹套或者芯体与壳体产生相对运动，使所述夹头通过所述卡爪锁紧所述工作头或释放所述工作头。

在其中一个实施例中，所述动力工具包括离合器控制装置，所述离合器控制装置包括第三传感器；所述第三传感器用于对电机负载参数值进行连续采样，以根据采样值与负载参数预设值的关系控制所述电机停止工作。

在其中一个实施例中，所述动力工具还包括与所述电机连接的传动机构，所述主轴连接于所述夹头与所述传动机构之间；所述控制件以转套的形式活动设置于所述壳体上，所述触发件为磁钢，所述第一传感器与所述第二传感器分别为安装于所述传动机构的减速箱上并与磁钢相对的第一霍尔传感器与第二霍尔传感器。

在其中一个实施例中，所述离合器控制装置还包括处理器以及驱动控制电路，所述处理器根据检测到的所述触发件与所述传感器的相对位置和/或所述电机负载参数值发送对应的控制信号，所述驱动控制电路用于根据所述控制件的不同位置控制所述动力工具于工作模式与工作头更换模式之间切换。

在其中一个实施例中，所述处理器内存储有负载参数的预设值，所述处理器还用于根据检测到的电机负载参数的采样值与负载参数的预设值作比较运算控制所述电机停止。

在其中一个实施例中，所述负载参数的预设值包括第一预设值，当所述夹头从松开状态向夹紧状态运动时，所述第三传感器对所述电机的电流进行连续采样并当采样电流值达到第一预设值且持续预设时间后，所述处理器控制所述电机停止。

在其中一个实施例中，当所述夹头从夹紧状态向松开状态运动时，所述第三传感器对电机的电流进行连续采样并当采样电流值达到第二预设值且电流曲线斜率变为负时，所述处理器控制所述电机停止。

在其中一个实施例中，当所述夹头从夹紧状态向松开状态运动时，所述第三传感器对电机的电流进行连续采样并当采样电流值小于第二预设电流值且电流曲线斜率由正变为负时，所述处理器判断采样电流值是否位于第三预设值与第四预设值之间，并当采样电流值位于所述第三预设电流值与所述第四预设电流值之间时，所述处理器控制所述电机停止。

在其中一个实施例中，所述动力工具还包括LED灯，当所述处理器根据检测到的电机负载参数的采样值与负载参数的预设值的关系控制所述电机停止时，所述LED灯亮或闪烁以指示所述夹头当前状态。

在其中一个实施例中，所述处理器内存储有夹紧扭矩子程序与电子扭矩子程序；当所述控制件处于初始位置时，所述螺母或者所述芯体相对所述壳体分离，所述处理器屏蔽所述夹紧扭矩子程序以控制所述动力工具执行工作模式；当检测到所述控制件处于工作位置时，所述处理器屏蔽所述电子扭矩子程序以控制所述动力工具执行工作头更换模式，使所述夹头从夹紧状态向松开状态运动或从松开状态向夹紧状态运动。

本发明中通过控制装置中控制件状态检测电路检测控制件的位置以识别电钻当前的工作模式，并自动控制电机按照预设的方向进行旋转，噪音较小、操作方便且结构简单。

附图说明

图1为本发明动力工具的分解示意图；

图2为图1所示动力工具中控制件的结构示意图；

图3为图2动力工具中控制件另一角度的结构示意图；

图4为图2所示控制装置的模块示意图；

图5为图2所示夹头工作状态示意图；

图6为图2所示夹头释放状态示意图；

图7为图2所示夹头锁紧状态示意图；

图8为图1所示电机电流与采样时间的示意图；

图9为图1所示电机电流与采样时间的另一状态示意图；

图10为图2所示动力工具控制过程图；

图11为图2所示动力工具锁紧工作头时控制过程图；

图12为图2所示动力工具释放工作头时控制过程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1所示，本发明的动力工具在本实施例中为手持式电钻100，电钻100包括壳体10、均设置于壳体10内的电机20、由电机20驱动旋转的夹头30、传动机构40、主轴(图未示)以及控制件、控制件状态检测电路60(如图2及图3所示)以及离合器控制装置70(如图4所示)。其中，壳体10由两个半壳连接组成，其包括收容电机20的主壳体、以及用于形成手柄11的手柄壳体。主壳体与手柄壳体相互交叉，本实施例中电钻100的主壳体与手柄壳体基本垂直设置。手柄11上远离电机20的一端设置有为电机20提供能量的电池包80，电池包80与手柄11可拆卸地连接。电机20与传动机构40连接，且电机20的旋转动力通过传动机构40传递至主轴，并经主轴带动夹头30旋转。

夹头30用于夹持工作头，如钻头、批头、铲子头、转接头等，本实施方式中以钻头(图未示)为例进行说明。夹头30包括与主轴连接的芯体、相对于芯体活动设置且外设有外螺纹的多个卡爪(图未示)、以及套设于芯体外侧并且与多个卡爪外螺纹啮合的具有内螺纹的螺母(图未示)。其中钻头可释放地被锁紧于卡爪之间，本发明实施例的卡爪数量包括三个。主轴与芯体的连接可以是直接连接的，也可以是间接连接的，当主轴带动芯体旋转时，只要将螺母位置相对壳体10固定，卡爪便会相对螺母产生沿主轴轴向的位移，从而使夹头30通过卡爪锁紧或者释放钻头。可以理解地，在其它一些实施例中，芯体与螺母的相对运动可以使卡爪产生沿主轴轴向的位移，那么将芯体相对壳体10的位置固定，主轴带动螺母旋转也可以使夹头30通过卡爪锁紧或者释放钻头。

控制件用于控制螺母(或芯体)相对于壳体10锁定或分离。其中，控制件内可设置与螺母(或芯体)连接或脱开的锁定件(图未示)，以控制螺母(或芯体)相对于壳体10锁定或分离。

本实施例控制件为活动设置于壳体10上的转套51，其可在外力作用下相对于壳体10旋转。转套51的旋转中心线与主轴的中心轴线同轴设置。当然本实施例的转套51的旋转中心线也可以设置成与主轴的中心轴线相平行。

转套51可在外力作用下相对于壳体10于初始位置和工作位置之间运动，从而使动力工具在工作模式和工作头更换模式之间切换。其中，当转套51位于初始位置时，螺母可随主轴相对于壳体10运动，动力工具处于钻孔、锁附螺丝等工作模式；当转套51位于工作位置时，螺母相对于壳体10固定，动力工具处于工作头更换模式，此时主轴带动芯体旋转时，卡爪便会相对螺母产生沿主轴轴向的位移，从而使夹头30通过卡爪锁紧或者释放钻头。

在本实施例中，动力工具处于工作头更换模式时，转套51的工作位置包括位于初始位置两侧的第一工作位置与第二工作位置。其中，第一工作位置与第二工作位置分别对应夹头30通过卡爪释放钻头和锁紧钻头。

请一并参看图2与图3，控制件状态检测电路60用于检测控制件的物理状态参数。其中，控制件的物理状态参数为控制件的位置、开关或者电子信号等参数。

本实施例中控制件状态检测电路60通过位置传感器检测转套51的位置以控制电机30按照预定的方向旋转。其中，控制件状态检测电路60包括触发件以及与触发件配合的传感器。其中，触发件设置于转套51上，并可随转套51相对于壳体10于初始位置、第一工作位置以及第二工作位置之间来回运动。传感器包括当转套51分别旋转至第一工作位置与第二工作位置时与触发件感应触发的第一传感器及第二传感器。本实施例的触发件为设置于转套51上的磁钢61，第一传感器与第二传感器分别为第一霍尔传感器63与第二霍尔传感器65，用以与磁钢61配合检测转套51的位置。其中，第一霍尔传感器63与第二霍尔传感器65均安装于PCB板(印刷电路板)653上，PCB板67上电，第一霍尔传感器63与第二霍尔传感器65通过磁钢61检测转套51的位置信号。PCB板67安装于传动机构40上。具体地，第一霍尔传感器63与第二霍尔传感器65通过PCB板67安装于传动机构40的减速箱上并与磁钢相对。

在其中一个实施例中，PCB板67上还设置有LED灯69以及与LED灯69配合的导光板68。当电机负载参数的采样值大于预设值时，LED灯69亮或闪烁以指示当前夹头30松开至最大运动极限位置。

请参看图4，离合器控制装置70包括处理器71以及驱动控制电路73。处理器71根据检测到的物理状态参数发送与该物理状态参数对应的控制信号。其中，处理器71可以采用MCU、PLC或者CPU等，在本实施方式中，处理器71为一微电脑控制系统(MCU)。驱动控制电路73用于接收处理器71的控制信号并控制电机20按照预定的旋转方向启动。其中，预定的旋转方向即是与夹头30锁紧或者释放钻头对应的旋转方向。本实施例中夹头30在电机20的驱动下按照预定的正向和反向两个相对的旋转方向进行旋转，即第一方向和第二方向。当电机20按照预定的第一方向旋转时，夹头30用于夹紧钻头；当电机20按照预定的第二方向旋转时，夹头30用于释放钻头。

如图5所示，转套51位于初始位置时，磁钢61处于偏离第一霍尔传感器63与第二霍尔传感器65的位置，第一霍尔传感器63与第二霍尔传感器65都没有信号输出，即处于OFF状态，此时动力工具处于工作模式，电机20可根据用户选择带动钻头进行正转或反转，以实现钻孔等操作；如图6所示，转套51旋转到释放的第一工作位置时，第一霍尔传感器63检测到磁钢61信号，处于ON状态，第二霍尔传感器65未检测到磁钢61信号，处于OFF状态，此时处理器71指示驱动控制电路73控制电机20以预设的第一方向旋转使得夹头30释放钻头。如图7所示，转套51旋转到锁紧的第二工作位置时，第一霍尔传感器63未检测到磁钢61信号，处于OFF状态，第二霍尔传感器65检测到磁钢61信号，处于ON状态，此时处理器71指示驱动控制电路73控制电机20以预设的与第一方向相反的第二方向旋转使得夹头30锁紧钻头。

本实施例中的控制件也可以构造为信号开关，当信号开关被触发时，生成一电信号并传递给处理器71，处理器71响应该电信号而控制电机20按照预定的旋转方向启动。另外本实施例中亦可以通过电子控制的方式锁定螺母，离合器控制装置70还包括与螺母或者芯体二者之一配合的电磁铁装置，处理器37接收到信号开关接通的信号后，控制电磁铁装置通电以将螺母或者芯体二者之一相对壳体10的位置进行锁定。

请参看图8，由于电机20的电流与负载(电机输出扭矩)呈线性关系，本实施例中也可以采用电子离合器的方式，即离合器控制装置70还包括用于采样电机20负载参数值的第三传感器，电机负载参数可以是流经电机20的电流、电压、转速或效率等等。第三传感器亦可相应为电流传感器、电压传感器等。控制装置70具有独立或集成于处理器71内数据存储单元，数据存储单元内存储有负载参数预设值，用于根据检测到的电机负载参数的采样值与预设值作比较运算控制电机20停止。

具体地，当夹头30从松开状态向夹紧状态运动时，电机20的工作电流会从低到高逐渐增加，因此可以设定一电机负载参数预设值来对应预设夹紧力。为了消除电机20或电子控制装置运行中产生的测量误差的影响，对应电机负载参数预设值需设定一采样允差范围，此范围优选+/-5～30％，优选+/-10％。为了消除电机20或电子控制装置运行中产生的电子噪音的影响，对应设定采样的时间为一连续时间值T，此值优选0.05～0.3S，优选0.1S。

请参看图9，本实施例中，电机负载参数为流经电机20的电流，第三传感器采用连续采样方式对电机20的电流进行采样，并通过数值求导运算算出电流曲线的即时斜率。其中，设定P为电机20中电流的采样值；P1为夹头30夹紧钻头时，对应电机20的电流值，设为第一预设值；P2为电机20克服夹头30与钻头之间夹紧预紧力由夹紧状态向松开状态运动时，对应电机20的电流值，设为第二预设值；P3为夹头30松开钻头时，对应电机20的电流值，设为第三预设值；P4为夹头30松开至最大运动极限时，对应电机20的电流值，设为第四预设值。

具体地，当夹头30从夹紧状态向松开状态运动时，由于有夹紧预紧力的存在，电机20的工作电流会先从次高点P1到最高点P2增加，松开后，然后迅速降低；在夹头30松开至最大运动极限时，卡爪与夹头30的止挡位(图未示)接触而无法后退，电机20的负载又会上升，电机20的工作电流升高。当出现P2点后，并且电流曲线斜率变负后，判定夹头30已经松开，电机20可以停止。

在其中一个实施例中，在松开大直径钻头时，因为此时卡爪距最大极限位置非常接近，仅按上述方式进行判定，系统有可能在响应速度上来不及，为此需在述P1、P2的判断后加入P3、P4点的采样和计算。即出现P3点后，电流曲线斜率变正时，判定夹头30已经松到极限位置，可以停止电机20运行。

请参看图10，在释放工作头的操作过程中，将转套51由初始位置旋转至第一工作位置，使锁定件与螺母(或芯体)连接，将螺母(或芯体)相对于壳体10锁定；此时，第一霍尔传感器63检测到磁钢61信号打开并处于ON状态，电机20按预设的第一方向旋转，使卡爪相对螺母产生沿主轴轴向的位移，以从夹紧状态向松开状态运动。在本实施例中，第一方向为正向旋转。

在锁紧工作头的操作过程中，将转套51由初始位置旋转至第二工作位置，使锁定件与螺母(或芯体)连接，将螺母(或芯体)相对于壳体10锁定；此时，第二霍尔传感器65检测到磁钢61信号打并开处于ON状态，电机20按预设的第二方向旋转，使卡爪相对螺母产生沿主轴轴向的位移，以从松开状态向夹紧状态运动。在本实施例中，第二方向为与第一方向相对的反向旋转。

请继续参看图10，由于上述电子电路的存在，也将可以此套电路应用于枪钻的打孔或拧螺钉的扭矩控制。枪钻应用电子扭矩进行工作扭矩控制已经有成熟技术，此处不重复。由于工作扭矩控制的控制逻辑与夹紧扭矩控制的逻辑有所区别，即它们的采样和运算电路可以统一，但算法是不同的。本发明中处理器71内存储有夹紧扭矩子程序与电子扭矩子程序。通过离合器控制装置70中控制件状态检测电路60检测控制件(即转套51)的位置以识别电钻100当前的工作模式并调用正确的子程序。即在不同的模式下，离合器控制装置70可以屏蔽不需要的子程序。

具体地，通过控制件状态检测电路60对控制件(即转套51)初始位置、第一工作位置以及第二工作位置检测，以对电钻100的正常工作模式以及工作头更换模式中锁紧钻头与松开钻头进行识别。当控制件处于初始位置时，锁定件与螺母(或芯体)脱开，将螺母(或芯体)相对于壳体10分离，处理器71屏蔽夹紧扭矩子程序，以控制电钻100执行工作模式，例如钻孔等；当检测到控制件处于第一工作位置或第二工作位置时，处理器71屏蔽电子扭矩子程序，以分别控制夹头30从夹紧状态向松开状态运动或从松开状态向夹紧状态运动。

请参看图11，在上述电机20按预设的第一方向旋转使夹头30从松开状态向夹紧状态运动过程中，第三传感器对电机20的电流进行连续采样并当采样电流值P达到第一预设电流值P1且持续预设时间T后，判定夹头30已经将钻头夹紧，LED灯69亮或闪烁，处理器71控制电机20停止。

请参看图12，在上述电机20按预设的第一方向旋转使夹头30从夹紧状态向松开状态运动过程中，第三传感器对电机20的电流进行连续采样并当采样电流值P达到第二预设电流值P2且电流曲线斜率变为负时，则判定夹头30已经松到极限位置，LED灯69亮或闪烁，处理器71控制电机20停止。

在其中一个实施例中，对于松开大直径钻头时，卡爪距最大极限位置与钻头的直径尺寸非常接近，仅按上述方式进行判定系统有可能在响应速度上来不及，因此在上述电机20按预设的第一方向旋转使夹头30从夹紧状态向松开状态运动过程中，当采样电流值P小于第二预设电流值P2且电流曲线斜率由正变为负时，继续判断采样电流值P是否位于第三预设电流值P3与第四预设电流值P4之间，若当采样电流值P位于第三预设电流值P3与第四预设电流值P4之间时，则判定夹头30已经松到极限位置，LED灯69亮或闪烁，处理器71控制电机20停止。

本发明中通过控制装置60中控制件状态检测电路60检测控制件(即转套51)的位置以识别电钻当前的工作模式，自动控制电机20按照预设的方向进行旋转；且控制装置60内还设置有用于采样电机20负载参数的传感器，并将采样值与预设值进行比较，以根据采样值与预设值的关系控制电机20停止。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种动力工具，包括：

壳体；

设置于所述壳体内的电机；

由电机驱动输出旋转动力的主轴；

用于锁紧和释放工作头的夹头，所述夹头包括与所述主轴连接的芯体、相对所述芯体活动设置的多个卡爪以及套设于所述芯体外侧的螺母；

其特征在于，所述动力工具还包括控制件及控制件状态检测电路，所述控制件状态检测电路包括触发件及传感器；所述控制件可操作地相对于所述壳体于初始位置与工作位置之间运动，使所述螺母或者所述芯体相对所述壳体的位置进行分离或锁定；所述触发件和所述传感器二者在所述控制件的带动下产生相对运动以根据所述控制件的位置，并控制所述动力工具于工作模式与工作头更换模式之间切换。

2.如权利要求1所述的动力工具，其特征在于，所述工作位置包括位于所述初始位置两侧的第一工作位置与第二工作位置，所述传感器包括与所述触发件配合用于感应所述控制件不同位置的第一传感器与第二传感器；当所述触发件分别对应所述第一传感器与第二传感器时，所述控制件位于所述第一工作位置或所述第二工作位置，以控制所述电机按照预定的旋转方向启动从而分别使夹套或者芯体与壳体产生相对运动，使所述夹头通过所述卡爪锁紧所述工作头或释放所述工作头。

3.如权利要求2所述的动力工具，其特征在于，所述动力工具包括离合器控制装置，所述离合器控制装置包括第三传感器；所述第三传感器用于对电机负载参数值进行连续采样，以根据采样值与负载参数预设值的关系控制所述电机停止工作。

4.如权利要求2所述的动力工具，其特征在于，所述动力工具还包括与所述电机连接的传动机构，所述主轴连接于所述夹头与所述传动机构之间；所述控制件以转套的形式活动设置于所述壳体上，所述触发件为磁钢，所述第一传感器与所述第二传感器分别为安装于所述传动机构的减速箱上并与磁钢相对的第一霍尔传感器与第二霍尔传感器。

5.如权利要求3所述的动力工具，其特征在于，所述离合器控制装置还包括处理器以及驱动控制电路，所述处理器根据检测到的所述触发件与所述传感器的相对位置和/或所述电机负载参数值的物理状态参数发送对应的控制信号，所述驱动控制电路用于根据所述控制件的不同位置控制所述动力工具于工作模式与工作头更换模式之间切换。

6.如权利要求5所述的动力工具，其特征在于，所述处理器内存储有负载参数的预设值，所述处理器还用于根据检测到的电机负载参数的采样值与负载参数的预设值作比较运算控制所述电机停止。

7.如权利要求6所述的动力工具，其特征在于，所述负载参数的预设值包括第一预设值，当所述夹头从松开状态向夹紧状态运动时，所述第三传感器对所述电机的电流进行连续采样并当采样电流值达到第一预设值且持续预设时间后，所述处理器控制所述电机停止。

8.如权利要求6所述的动力工具，其特征在于，当所述夹头从夹紧状态向松开状态运动时，所述第三传感器对电机的电流进行连续采样并当采样电流值达到第二预设值且电流曲线斜率变为负时，所述处理器控制所述电机停止。

9.如权利要求6所述的动力工具，其特征在于，当所述夹头从夹紧状态向松开状态运动时，所述第三传感器对电机的电流进行连续采样并当采样电流值小于第二预设电流值且电流曲线斜率由正变为负时，所述处理器判断采样电流值是否位于第三预设值与第四预设值之间，并当采样电流值位于所述第三预设电流值与所述第四预设电流值之间时，所述处理器控制所述电机停止。

10.如权利要求7-9任一项所述的动力工具，其特征在于，所述动力工具还包括LED灯，当所述处理器根据检测到的电机负载参数的采样值与负载参数的预设值的关系控制所述电机停止时，所述LED灯亮或闪烁以提示夹头松开或锁紧工作完成。

11.如权利要求5所述的动力工具，其特征在于，所述处理器内存储有夹紧扭矩子程序与电子扭矩子程序；当所述控制件处于初始位置时，所述螺母或者所述芯体相对所述壳体分离，所述处理器屏蔽所述夹紧扭矩子程序以控制所述动力工具执行工作模式；当检测到所述控制件处于工作位置时，所述处理器屏蔽所述电子扭矩子程序以控制所述动力工具执行工作头更换模式，使所述夹头从夹紧状态向松开状态运动或从松开状态向夹紧状态运动。