CN110138146A - 具有手动后备开关的电动工具及操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种电动工具，包括电源、电机、微控制器、电机控制器、以及开关模组。该电机适于被电源供电。电机控制器连接到电机且该电机控制器连接到并被微控制器控制，从而控制电机的运转。该开关模组连接在电源和电机之间，并且适于被用户操作从而以电子方式切断电源和电机之间的电连接。开关模组被配置为独立于电机控制器和微处理器而运作。即使电动工具的微处理器本身软件在某些异常情况下失效，或者电机控制器发生故障，主电路仍然能够由用户通过用户开关断开，保证了安全。

Description

具有手动后备开关的电动工具及操作方法
技术领域
本发明涉及电动工具，特别是电动工具中电机供电通断的控制机构。
背景技术
随着电动工具的普及和广泛应用，越来越多用户开始接触使用电动工具，而且电动工具的使用电流也越来越大。在一部分现有设计中，控制电动工具的电机电流通断是通过一个简单的机械开关实现。然而，在大电流的情况下，机械开关逐渐不能适用，因为其使用寿命、发热安全、成本等方面都会产生问题。例如，如果要适应大电流的通过，机械开关的绝缘能力、电流容量等都需要被设计得较高。
较新的一些电动工具设计中通过信号开关来实现与机械开关相同的功能。这样的信号开关通常使用微处理器来实现对电机的控制，例如通过电机控制器来实现。然而，根据许多国家安全法规的要求，配置了这样的信号开关的电动工具必须保证在微处理器失效的情况下，仍然能够让使用者控制主电路回路的断开，以保证安全。
发明内容
因此，本发明的实施例提供了一种适用于电动工具的开关模组，可以在无视微处理器和电机控制器的状态的情况下径行以电子方式切断电动工具中电机的供电。
在第一方面，提供了一种电动工具，包括电源、电机、微控制器、电机控制器、以及开关模组。该电机适于被电源供电。电机控制器连接到电机且该电机控制器连接到并被微控制器控制，从而控制电机的运转。该开关模组连接在电源和电机之间，并且适于被用户操作从而以电子方式切断电源和电机之间的电连接。开关模组被配置为独立于电机控制器和微处理器而运作。
优选地，开关模组包括用户开关以及与用户开关相连的开关元件。该开关元件连接在电源和电机之间，并且适于在用户操作用户开关时改变开关元件的电子状态，从而切断电源和电机之间的电连接。
更优选地，开关元件为晶体管。开关模组还包括驱动电路，而用户开关通过驱动电路连接到开关元件。
在一个具体实施方式中，驱动电路连接到微处理器以向后者提供有关开关模组的状态。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电动工具的手动后备开关的控制方法。该方法包括以下步骤：用户操作用户开关；响应于该操作，改变与用户开关相连的开关元件的电子状态；响应于电子状态的改变，切断电动工具的电源和电机之间的电连接。其中，电动工具包括连接到电机的电机控制器和微处理器，开关元件独立于电机控制器和微处理器而运作。
优选地，开关元件通过驱动电路与用户开关相连。上述改变步骤还包括驱动电路响应于用户操作用户开关而控制开关元件改变后者的电子状态。
更优选地，开关元件为晶体管。
本发明提供的电动工具具有许多优点。例如，通过配置后备的手动开关，用户能够在电动工具的微控制器及电机控制器因为各种原因失效而不能正常运作时，仍然可靠地切断电源至电机之间的供电。这样的话，可以满足各国安全法规的要求，保证用户使用电动工具的安全。
另一方面，由于本发明中提供的后备手动开关并不是简单的机械式开关，而是使用了包括开关元件的电子方式的开关模组，因此电动工具本身可以被设计为大功率的，而不用担心如同机械开关那样产生的使用寿命、发热安全、成本等的问题。
附图说明
参照本说明书的余下部分和附图可以对本发明的性能和优点作进一步的理解；这些附图中同一个组件的标号相同。在某些情况下，子标记被放在某个标号与连字符后面以表示许多相似组件的其中一个。当提到某个标号但没有特别写明某一个已有的子标记时，就是指所有这些类似的组件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的电动工具中的开关模组和其它部件之间的电子连接示意图。
图2是图1中的开关模组以电子方式进行电源切断的方法流程图。
具体实施方式
本发明的实施例使用了电子开关来实现在微处理器和电机控制器失效时的后备形式的电源切断。从以下的叙述可以轻易得知本发明的各个实施例所提供的其它不同的好处和优点。
图1中示出了根据本发明的第一个实施例中电动工具内部的电路连接示意图。该电动工具使用电池(未示出)，例如可拆卸的锂电池包作为电源。该电池的正负输出端分别为BAT+20和BAT-22。微控制器24连接到BAT+20和BAT-22以从电池获得电力。微控制器24连接到电机控制器34，并且被配置为向后者提供信号，从而通过电机控制器34控制电动工具中电机(未示出)的运作。电机控制器34包括六个驱动MOSFET 36，其分别对应电机的三相，并且电机控制器34通过三个输出端38连接到电机。上述的微控制器和电机控制器的连接方式及与之相关的控制方式是本领域技术人员所熟知的，这里不再赘述。
在电池输入端BAT+20和电机控制器34之间，还连接了开关模组。该开关模组由用户开关32、驱动电路30以及开关元件28组成。其中，用户开关32是由用户直接接触并操作的开关，例如为一个机械开关。该用户开关32连接到驱动电路30，而驱动电路30连接到开关元件28。开关元件28是一个MOSFET，其栅极连接到驱动电路30，而开关元件28的另外两端，即源极和漏极，则分别连接到BAT 20+和电机控制器34。开关元件28能够接收来自驱动电路30的信号以控制开关元件28的电子状态。举例来说，随着施加到栅极的电压的改变，可以允许或禁止源极和漏极之间的电流流过。上述的开关模组的工作方式是电子的，因为其中牵涉到电流/电压的控制以及元件的电子状态改变(例如MOSFET的导通或切断)，而不是像普通的机械开关那样是纯机械式的。
另一方面，驱动电路30同时连接到微控制器24，但是驱动电路30并不受后者的控制。相反，驱动电路30仅仅提供有关其自身(和/或开关元件28)的状态给微控制器24作为参考。因此，驱动电路30以及整个开关模组被配置为独立于电机控制器34和微处理器24而运作。
现在来看上述的开关模组的运作方式。可以参照图2。如果用户发现电动工具中的微控制器和/或电机控制器发生问题而导致无法正常切断电机的电源的时候，例如当微控制器中的软件发生错误时，则可以使用开关模组来作为后备方式手动切断电源至电机的供电。在此情况下，用户在步骤40中操作用户开关。该用户开关产生的信号然后被提供给驱动电路。在步骤42中，驱动电路作为对用户开关动作的响应，驱动开关元件。而作为相应，开关元件的电子状态被改变，使得主电路即电池到电机之间的电连接也随之受到控制而被切断。这样一来，即使微处理器本身软件在某些异常情况下失效，或者电机控制器发生故障，主电路仍然能够由用户通过用户开关断开，保证安全。在以上的步骤中，驱动电路的状态能够传送给微处理器。但是微处理器不会控制驱动电路。
因此，在介绍了几个实施例之后，本领域的技术人员可以认识到，不同的改动、另外的结构、等同物，都可以被使用而不会背离本发明的本质。相应的，以上的描述不应该被视为对如以下的权利要求所确定的本发明范围的限制。
例如，图1中显示的开关模组的组成部分虽然分为用户开关、驱动电路、开关元件三个独立部分，但在其它实施例中，也可以根据系统的设计要求将这几个部分进行合并(如合并成一个独立的开关装置)或者分离，而并不受限于以上描述的具体实施方式。
另外，上述的实施例中开关模组中使用的开关元件是MOSFET。但是，本领域技术人员需要明白其它类型的开关元件例如其它类型的晶体管、IGBT、继电器等也可以用于实施本发明。并且，这样的开关元件的配置可以包括单个、或多个并联、或多个串联、或者多个先并联后串联的控制阵列。

Claims (8)

1.一种电动工具，包括：
电源；
电机；该电机适于被所述电源供电；
微控制器；
连接到所述电机的电机控制器；该电机控制器连接到并被所述微控制器控制，从而控制所述电机的运转；以及
开关模组；该开关模组连接在所述电源和所述电机之间，并且适于被用户操作从而以电子方式切断所述电源和所述电机之间的电连接；所述开关模组被配置为独立于所述电机控制器和所述微处理器而运作。
2.如权利要求1所述的电动工具，其中所述开关模组包括用户开关以及与所述用户开关相连的开关元件；该开关元件连接在所述电源和所述电机之间；所述开关元件适于在所述用户操作所述用户开关时改变所述开关元件的电子状态从而切断所述电源和所述电机之间的电连接。
3.根据权利要求2所述的电动工具，其中所述开关元件为晶体管；所述开关模组还包括驱动电路；所述用户开关通过所述驱动电路连接到所述开关元件。
4.根据权利要求3所述的电动工具，其中所述驱动电路连接到所述微处理器以向后者提供有关所述开关模组的状态。
5.一种电动工具的手动后备开关的控制方法，包括以下步骤：
用户操作用户开关；
响应于该操作，改变与所述用户开关相连的开关元件的电子状态；
响应于所述电子状态的所述改变，切断所述电动工具的电源和电机之间的电连接；
其中所述电动工具包括连接到所述电机的电机控制器和微处理器，所述开关元件独立于所述电机控制器和所述微处理器而运作。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述开关元件通过驱动电路与所述用户开关相连；所述改变步骤还包括所述驱动电路响应于所述用户操作所述用户开关而控制所述开关元件改变后者的电子状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述开关元件为晶体管。
8.根据权利要求6所述的电动工具，其中所述驱动电路连接到所述微处理器以向后者提供有关所述开关元件的状态。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20140001224A1 (en) * 2012-06-28 2014-01-02 Black & Decker Inc. Cordless fastening tool control system
CN106559025A (zh) * 2015-09-30 2017-04-05 德昌电机(深圳)有限公司 电动工具及其电机驱动系统

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