CN106424838B

CN106424838B - 电动工具

Info

Publication number: CN106424838B
Application number: CN201610580274.1A
Authority: CN
Inventors: 沢野史明; 冈田昌彰; 汤浅秀和
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2036-07-21
Also published as: EP3135438A1; US20200078921A1; JP2017030112A; US20170036337A1; US11904451B2; EP3135438B1; US10661424B2; US20200101586A1; JP6604536B2; US11224961B2; EP4067006A1; CN106424838A

Abstract

一种电动工具(10)，该电动工具包括：电机(21)；输出轴(38)；驱动力传动装置(23)，所述驱动力传动装置被配置成降低所述电机的驱动速度，并且将所述电机的驱动力传递给所述输出轴；可由使用者牵拉的扳机(40)；转速改变电路(50)，所述转速改变电路被配置成将与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的转速改变成受限转速，其中所述受限转速小于不受限转速模式中的所述输出轴的最大转速；以及转速控制电路(50)，所述转速控制电路被配置成对应所述扳机的牵拉量来控制所述电机的转速以得到由所述转速改变电路改变的所述输出轴的转速。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种设有钻孔功能的电动工具。

背景技术

日本公开专利发表No.2009-12153描述了一种设有钻孔功能的电动工具的示例，例如钻孔机。这种电动工具与诸如钻头或孔锯的刀头一起使用以在木板、钢板等中钻孔。

使用者操作设有钻孔功能的电动工具的扳机，从而使得电机的转速与扳机的牵拉量(操作量)相对应地改变。当扳机的牵拉量增加时，电机或刀头的转速增加。

发明内容

转速范围在刀头之间有所不同。例如，当孔锯附接到电动工具以在钢板中钻孔时，过度牵拉扳机使刀头的转速过度地增加，并引起刀头的过度磨损。

本发明的目的是提供一种延长刀头的使用寿命的电动工具。

本发明的一个方面提供了一种电动工具，所述电动工具包括电机、输出轴、驱动力传动装置、扳机、转速改变电路和转速控制电路。所述驱动力传动装置被配置成降低电机的驱动速度并将电机的驱动力传递给输出轴。所述扳机可由使用者牵拉。所述转速改变电路被配置成将与扳机的最大牵拉量相对应的输出轴的转速改变成受限的转速，所述受限的转速低于处于不受限转速模式中的输出轴的最大转速。所述转速控制电路被配置成对应于扳机的牵拉量控制电机的转速以得到由转速改变电路改变的输出轴的转速。

根据本发明上述方面的电动工具延长了刀头的使用寿命。本发明的其它方面和优点依据以下描述连同附图将变得明显，该描述通过示例阐明了本发明的原理。

附图说明

参照当前优选实施例的以下说明连同附图可最好地理解本发明连同其目的和优点，其中：

图1是电动工具的透视图；

图2是电动工具的局部剖开侧视图，其示出了当选择低挡位时的减速机构；

图3是电动工具的局部剖开侧视图，其示出了当选择高挡位时的减速机构；

图4是上限速度选择器和显示单元的平面图；

图5是电动工具的框图；以及

图6是示出与扳机的牵拉量相对应的输出轴的转速的曲线图。

具体实施方式

现将参照附图描述电动工具的一个实施例。

如图1所示，本实施例的电动工具10包括主体11和电池组12，该电池组以可移除的方式附接到主体11。例如，电池组12可包含由电池单元配置而成的可再充电电池。

电动工具10的主体11例如可为设有钻孔功能的钻孔机。主体11包括主体外壳13和电机21(参照图2)，该电机被容纳在主体外壳13中。主体外壳13包括圆筒形主体部分14和手柄15，该手柄从主体部分14向下延伸。在下面的描述中，主体部分14的纵向方向被称作前后方向。手柄15沿其延伸的大体方向垂直于所述前后方向并被称作竖直方向。垂直于所述前后方向和竖直方向的方向可被称作横向方向。

如图2所示，电机21在主体部分14后部被容纳在主体外壳13中。进一步地，主体部分14在电机21的前面容纳驱动力传动装置23，所述驱动力传动装置包括减速机构22和离合机构(未示出)。夹盘25被布置在主体11的前端上。例如孔锯的刀头以可移除的方式固定到夹盘25。驱动力传动装置23的输出被传递给夹盘25。

减速机构22例如是三级行星齿轮机构。每一级的齿轮系包括太阳轮、与该太阳轮啮合的行星轮以及与该行星轮啮合的齿圈。

电机21包括转轴21a。第一级的齿轮系中的太阳轮31被布置在转轴21a上并且与转轴21a一体地转动。第二级的齿轮系中的齿圈32被布置在主体外壳13中以便沿轴向方向(前后方向)在预定的可移动长度范围内线性可移动。减速比选择器33被布置在主体外壳13的上表面中以切换减速机构22的传动减速比。减速比选择器33可为例如滑动开关的机械开关。在所示示例中，减速比选择器33由使用者手动操作并且向前或向后移动。根据减速比选择器33的位置，减速机构22在高速、低扭矩模式(高速挡)和低速、高扭矩模式(低速挡)之间切换。连接构件34将减速比选择器33连接到第二级中的齿圈32的外圆周表面中的槽。

参照图2，当使用者操作减速比选择器33并向前(远离电机21)移动齿圈32时，齿圈32接合位于主体外壳13中的止动件35。这使得齿圈32不能转动。因而，第二级的齿轮系起到将电机21的转动驱动力传递到输出轴38的减速机构的作用，所述电机通过第一至第三级中每一级的齿轮系减速。因此，主体11以低速、高扭矩的模式(低挡位模式)被驱动，其中第二级的齿轮系实现减速功能。

参照图3，当齿圈32向后(朝向电机21)移动时，齿圈32从止动件35脱出。这使得齿圈32能够转动，所述齿圈与第一级的传动齿轮36啮合。因而，包括齿圈32的第二级的整个齿轮系一体转动。在这种情形中，第二级的齿轮系不实现减速功能(减速比为1)。电机21的转动驱动力仅通过第一级和第三级的齿轮系减速，并且所述转动驱动力被传递到输出轴38。因此，主体11以高速、低扭矩模式(高挡位模式)被驱动，其中第二级的齿轮系不实现减速功能。

如图2和图3所示，主体外壳13包括操作位置探测开关37，该开关输出依据减速比选择器33的操作位置的位置信号。例如，操作位置探测开关37在减速比选择器33被操作至低挡位(低速、高扭矩模式)时输出ON信号并在减速比选择器33被操作至高挡位(高速、低扭矩模式)时输出OFF信号。操作位置探测开关37的位置信号可被称作减速比信号。

参照图2，减速机构22的第三级中的齿轮系连接到输出轴38。输出轴38由轴承(未示出)旋转地支撑，所述轴承被布置在主体外壳13中并且被配置成将驱动力传递到附接于夹盘25的刀头(例如孔锯)。例如，所述夹盘机构位于减速机构22(第三级的齿轮系)和输出轴38之间。所述夹盘机构根据通过输出轴38输入的负荷扭矩来连接或断开减速机构22与输出轴38。

如图1和图2所示，转动方向选择器39被布置在主体部分14和手柄15相连接的位置附近以切换电机21的转动方向。转动方向选择器39是能够将电机21切换至成三个状态即向前转动状态、反向转动状态和转动停止状态中的任一状态的机械或电气开关。手柄15包括扳机40，该扳机被例如弹簧推压以朝向手柄15的前方凸出。

如图1所示，电池组适配器16由向前延伸的手柄15的下端连续地形成。电池组12附接到电池组适配器16。

上限转速选择器41和显示单元42被布置在电池组适配器16的上表面16a中。

上限转速选择器41允许使用者选择或者限制与扳机40的上限牵拉量相对应的输出轴38(刀头)的上限转速。如图4所示，上限转速选择器41可包括操作单元，其上印有例如“切换转速”的字样。上限转速选择器41的操作单元由使用者手动操作并且可为按钮、拨动开关、触摸传感器、触摸板或者任意其它可操作开关。

参照图4，显示单元42将已由上限转速选择器41选择的输出轴38(刀头)的上限转速报告给使用者。显示单元42可由例如发光二极管(LED)42a至42c配置而成。由上限转速选择器41选择的LED 42a至42c中的一个发光。

参照图1，电池组适配器16容纳控制器50(参照图5)，该控制器控制包括电机21的电动工具10。

现将描述电动工具10的电气配置。

参照图5，执行主体11上的输出控制的控制器50由电池组12(图5中未示出)供电。来自减速比选择器33(操作位置探测开关37)、转动方向选择器39和扳机40的信号被输入到控制器50。

控制器50可根据操作位置探测开关37的位置信号来确定减速比选择器33已经被切换至高挡位减速比模式或是低挡位减速比模式。此外，基于用转动方向选择器39在向前转动、反向转动和停止转动上的选择，控制器50切换电机21的转动方向或者停止电机21的转动。

扳机40根据扳机40的牵拉量输出触发信号。控制器50根据该牵拉量执行输出控制。

在图6所示的示例中，控制器50控制电机21以使得输出轴38的转速随着扳机40的牵拉量增加而增加(参见图5)。在图6中，水平轴表示扳机40的牵拉量。此外，线L1表示高挡位模式(高速、低扭矩模式)，且线L2表示低挡位模式(低速、高扭矩模式)。如图6所示，与扳机40的最大牵拉量Tm相对应的线L1(高挡位模式)的转速高于线L2(低挡位模式)的相应的转速。当扳机40的牵拉量相同时，高挡位模式(线L1)以高于低挡位模式(线L2)的更高转速恒定地转动输出轴38。

如图5所示，控制器50连接到上限转速选择器41和显示单元42。控制器50从上限转速选择器41接收与所选择的输出轴38的上限转速相对应的选择器信号。

在本实施例中，不论减速比选择器33处于高挡位或低挡位，每当操作上限转速选择器41时，输出轴38的上限转速从300转每分钟(rpm)切换到200rpm、100rpm，然后没有转速限制。当选择不受限转速模式时，如图6中的线L1和线L2所示，即使当扳机40的牵拉量相同时，输出轴38的转速在不同减速比模式(高挡位、低挡位)之间也不相同。

上限转速选择器41可称被作电机上限转速选择器或者电机驱动模式选择器。控制器50包括起到转速改变电路和转速控制电路作用的一个或更多硬件处理器，其中所述转速改变电路根据上限转速选择器41的选择而改变上限转速，而所述转速控制电路对应于扳机40的牵拉量来控制电机21的转速以获得由所述转速改变电路改变的输出轴的转速。线L3至L5中的每一条线与一个受限转速模式相对应。

例如，当使用者用上限转速选择器41选择300rpm时，控制器50控制电机21(例如驱动电流)以使得与扳机40的最大牵拉量Tm相对应的输出轴38的转速约为300rpm，如图6中线L3所示。当扳机40的牵拉量相同时，控制器50以在线L3所示的第一受限转速模式中比线L1和L2所示的不受限转速模式中更低的转速转动输出轴38。

当使用者用上限转速选择器41选择200rpm时，控制器50控制电机21(例如驱动电流)以使得与扳机40的最大牵拉量Tm相对应的输出轴38的转速约为200rpm，如图6中线L4所示。当扳机40的牵拉量相同时，控制器50以在线L4所示的第二受限转速模式中比在线L1与L2所示的不受限转速模式和线L3所示的第一受限转速模式中都低的转速转动输出轴38。

当使用者用上限转速选择器41选择100rpm时，控制器50控制电机21(例如驱动电流)以使得与扳机40的最大牵拉量Tm相对应的输出轴38的转速约为100rpm，如图6中线L5所示。当扳机40的牵拉量相同时，控制器50以在线L5所示的第三受限转速模式中比在线L1与L2所示的不受限转速模式以及线L3与L4所示的第一与第二受限转速模式中都低的转速转动输出轴38。

如图5所示，控制器50通过电流探测器60连接到电机21，所述电流探测器被包括在负荷探测单元中。电流探测器60探测被供给到电机21的驱动电流。控制器50接收与由电流探测器60探测到的驱动电流相对应的传感器信号。控制器50根据所述传感器信号探测施加到输出轴38的负荷扭矩。控制器50执行反馈控制以使得与扳机40的最大牵拉量相对应的输出轴38的转速与用上限转速选择器41选择的转速相符。

现将描述本实施例中的电动工具1的操作的一个示例。

当牵拉扳机40时，控制器50驱动电机21。驱动力传动装置23转动输出轴38，并且刀头与输出轴38一体转动。用这种方式，电动工具10例如钻孔。

使用者操作上限转速选择器41以使得控制器50控制电机21以限制输出轴38的转速到100rpm、200rpm和300rpm中的一个。

本实施例具有下述优点。

(1)控制器50根据不受限转速模式的最大转速降低与扳机40的最大牵拉量相对应的输出轴38的转速并相应地控制与扳机40的牵拉量相对应的电机21的转速从而控制输出轴38的转速。通过这种方式，与扳机40的最大牵拉量相对应的输出轴38的转速的变化允许输出轴38的转速被限制到例如100rpm、200rpm或300rpm的低转速(低速)。这阻碍附接于夹盘25的例如孔锯的刀头的磨损并延长了刀头的使用寿命。此外，输出轴38能够以相对低且恒定的转速转动，例如100rpm、200rpm或300rpm。

(2)上限转速选择器41为控制器50提供选择器信号，当使用者操作时该选择器信号对应扳机40的最大牵拉量逐级切换输出轴38的转速。因此，通过操作上限转速选择器41，使用者能够容易地降低输出轴38的转速。

(3)电池组适配器16是从手柄15的下端向前延伸的延伸部分。上限转速选择器41位于电池组适配器16上。这便于上限转速选择器41的操作。

(4)驱动力传动装置23包括多个(例如两个)可机械地切换的减速比。不管驱动力传动装置23切换到哪个减速比(高挡位、低挡位)，控制器50都被配置成能够改变所述输出轴的转速。例如，无论选择两个减速比(高挡位、低挡位)中的哪一个，输出轴38都可以被维持在低转速。

(5)电流探测器60探测电机21的驱动电流。控制器50根据探测到的驱动电流对作用在输出轴38上的负荷(负荷扭矩)进行探测或估计。然后，控制器50执行反馈控制以使得输出轴38的转速与由上限转速选择器41选择的转速相符。这控制电机21以致即使当从外面施加到输出轴的负荷改变时，也将实质上获得用上限转速选择器41选择的输出轴38的转速。

(6)在所示示例中，只要减速比(高挡位、低挡位)改变，输出轴38的转速就可以在不操作上限转速选择器41或改变扳机40的牵拉量的情况下机械地改变。此外，只要上限转速选择器41被操作以从不受限转速模式(例如线L1)切换到受限转速模式(例如线L3)，输出轴38的转速就可以在不改变减速比(高挡位、低挡位)或者扳机40的牵拉量的情况下非机械地或者电气地改变。

例如，使用者可操作上限转速选择器41以从与图6中线L1(高挡位)相对应的不受限转速模式切换到与图6中线L3相对应的第一受限转速模式，同时减速比选择器33保持选择高挡位。在这里，减速比不变且维持高挡位。在这种情形中，控制器50通过以第一变化比例减小电机21的驱动电流来限制电机的转速，从而使得输出轴38以线L3所示的速度转动。

同样地，使用者可操作上限转速选择器41以从与图6中线L2(低挡位)相对应的不受限转速模式切换到与图6中线L3相对应的第一受限转速模式，同时减速比选择器33保持选择低挡位。在这里，减速比不变且维持低挡位。在这种情形中，控制器50通过以第二变化比例减小电机21的驱动电流来限制电机的转速，从而使得输出轴38以线L3所示的速度转动，其中所述第二变化比例不同于所述第一变化比例。

对本领域中技术人员来说应该是明显的，即在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以以许多其他具体形式实施。特别地，应理解的是，本发明可以以下述形式实施。

在上述实施例中，上限转速选择器41位于电池组适配器16上。然而，上限转速选择器41的位置可以改变。

在上述实施例中，电动工具10的电源是电池组12。然而，所述电源可以是商用电源。

在上述实施例中，减速比选择器33允许在两个步骤之间切换，即高速、低扭矩模式(高挡位模式)和低速、高扭矩模式(低挡位模式)。作为替代，电动工具10可被配置成允许切换到三个或更多减速比。此外，可能禁止选择一些减速比。而且，减速比可根据作用在输出轴38上的负荷扭矩的改变而自动改变。

在上述实施例中，根据电机21的驱动电流来探测(估计)输出轴38上的负荷。作为替代，输出轴38上的负荷(负荷扭矩)可被直接探测。

优选地，受限转速模式的转速被设定为100rpm、200rpm和300rpm。然而，可以设定其它的预定转速。

控制器50可包括例如图6中所示的转速图。

对于不受限转速模式和受限转速模式中的每一个，控制器50可具有与扳机40的最大牵拉量相对应的输出轴38的转速的具体数值(最大转速、上限转速)。例如，当选择第一受限转速模式时，控制器50可根据第一受限转速模式的具体数值和不受限转速模式的具体数值的比来限制电机21的驱动电流。

本公开包括以下实施例。

(条项1)一种电动工具，该电动工具包括：电机；输出轴；驱动力传动装置，所述驱动力传动装置被配置成降低所述电机的驱动速度并将所述电机的驱动力传递给所述输出轴；可由使用者牵拉的扳机；转速改变电路，所述转速改变电路被配置成将与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的转速改变成受限转速，所述受限转速小于不受限转速模式中的所述输出轴的最大转速；以及转速控制电路，所述转速控制电路被配置成对应于所述扳机的牵拉量来控制所述电机的转速以得到由所述转速改变电路改变的所述输出轴的转速。

(条项2)根据条项1所述的电动工具，该电动工具进一步包括上限转速选择器，所述上限转速选择器为所述转速改变电路提供选择器信号以用于对应于所述扳机的最大牵拉量来逐级切换所述输出轴的转速。

(条项3)根据条项2所述的电动工具，该电动工具进一步包括手柄和从所述手柄的下端向前延伸的延伸部分，其中所述上限转速选择器位于所述延伸部分上。

(条项4)根据条项1至3中任一项所述的电动工具，其中所述驱动力传动装置包括多个机械可切换的减速比，并且所述转速改变电路被配置成不管所述驱动力传动装置切换到所述减速比中的哪一个，所述转速改变电路都能够改变所述输出轴的转速。

(条项5)根据条项1至4中任一项所述的电动工具，该电动工具进一步包括负荷探测器，所述负荷探测器探测根据从所述电动工具外面施加于所述输出轴的负荷而改变的参数，其中所述转速控制电路依据由所述负荷探测器探测到的负荷来执行反馈控制，并且以由所述转速改变电路改变的转速来转动所述转轴。

(条项6)一种电动工具，该电动工具包括：电机；输出轴；驱动力传动装置，所述驱动力传动装置将所述电机的转动传递给所述输出轴，其中所述驱动力传动装置包括多个减速比，所述多个减速比可由减速比选择器机械地选择；扳机；控制器，所述控制器对应于所述扳机的牵拉量来控制所述电机，；以及上限转速选择器，所述上限转速选择器将所述控制器切换至不受限转速模式、第一受限转速模式和第二受限转速模式中的一个；其中在所述不受限转速模式中，与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的最大转速是取决于减速比选择器所选择的减速比的预定转速；在所述第一受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得与所述扳机的最大牵拉量相对应的输出轴的最大转速被限制到第一上限转速，所述第一上限转速比所述预定转速小；在所述第一受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得所述输出轴以与所述扳机的牵拉量相对应但不超过所述输出轴的第一上限转速的转速转动；在所述第二受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得与所述扳机的最大牵拉量相对应的输出轴的最大转速被限制到第二上限转速，所述第二上限转速比所述第一上限转速小；在所述第二受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得所述输出轴以与所述扳机的牵拉量相对应但不超过所述输出轴的第二上限转速的转速转动。

(条项7)根据条项6所述的电动工具，其中当所述控制器处于所述第一上限转速模式中且所述扳机的牵拉量最大时，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得所述输出轴以所述第一上限转速转动，无论所述减速比选择器选择哪种减速比。

对本领域中技术人员而言应该是明显的，即在不脱离本发明的范围的情况下，本发明可以以许多其他具体形式实施。例如，一些部件可以从所述实施例(或它们的一个或多个方面)中所描述的部件中省略。此外，不同实施例中的部件可以适当组合。本发明及其等价物的范围参照所附权利要求将被理解。

Claims

1.一种电动工具，该电动工具包括：

电机；

输出轴；

驱动力传动装置，所述驱动力传动装置被配置成降低所述电机的驱动速度并将所述电机的驱动力传递给所述输出轴；

扳机，所述扳机可由使用者牵拉；

上限转速选择器，所述上限转速选择器被配置成选择与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的上限转速；

转速改变电路，所述转速改变电路被配置成将与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的转速改变成受限转速，其中所述受限转速是由所述上限转速选择器所选择的上限转速且小于不受限转速模式中的所述输出轴的最大转速；以及

转速控制电路，所述转速控制电路被配置成基于所述扳机的牵拉量和由所述上限转速选择器所选择的上限转速来控制所述电机的驱动电流以得到由所述转速改变电路改变的所述输出轴的转速。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其中，所述上限转速选择器为所述转速改变电路提供对应于所述输出轴的所选择的上限转速的选择器信号。

3.根据权利要求2所述的电动工具，该电动工具进一步包括手柄和从所述手柄的下端向前延伸的延伸部分，其中所述上限转速选择器位于所述延伸部分上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电动工具，其中

所述驱动力传动装置包括多个可切换的减速比，并且

所述转速改变电路被配置成，不管所述驱动力传动装置切换到所述减速比中的哪一个，所述转速改变电路都能够改变所述输出轴的转速。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电动工具，该电动工具进一步包括负荷探测器，所述负荷探测器探测根据从所述电动工具外面施加于所述输出轴的负荷而改变的参数；

其中所述转速控制电路依据所述负荷探测器探测到的负荷来执行反馈控制，并且以由所述转速改变电路改变的转速来转动所述输出轴。

6.一种电动工具，该电动工具包括：

电机；

输出轴；

驱动力传动装置，所述驱动力传动装置将所述电机的转动传递给所述输出轴，其中所述驱动力传动装置包括由减速比选择器选择的多个减速比；

扳机；

控制器，所述控制器对应所述扳机的牵拉量来控制所述电机；以及

上限转速选择器，所述上限转速选择器将所述控制器切换到从不受限转速模式、第一受限转速模式和第二受限转速模式中选择的一个模式；

其中在所述不受限转速模式中，与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的最大转速是取决于所述减速比选择器所选择的减速比的预定转速；

在所述第一受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的最大转速被限制到第一上限转速，所述第一上限转速比所述预定转速小；

在所述第一受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得所述输出轴以对应于所述扳机的牵拉量但不超过所述输出轴的所述第一上限转速的转速转动；

在所述第二受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得与所述扳机的最大牵拉量相对应的所述输出轴的最大转速被限制到第二上限转速，所述第二上限转速比所述第一上限转速小；

在所述第二受限转速模式中，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得所述输出轴以对应于所述扳机的牵拉量但不超过所述输出轴的所述第二上限转速的转速转动。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其中当所述控制器处于所述第一受限转速模式中且所述扳机的牵拉量最大时，所述控制器电气地控制所述电机，从而使得所述输出轴以所述第一上限转速转动，无论所述减速比选择器选择哪种减速比。