CN111185874B - 冲击螺丝批、旋转冲击工具及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冲击螺丝批、旋转冲击工具，包括：电机、传动组件、冲击组件、驱动电路、控制单元、位置测算单元、换向检测单元；其中，位置测算单元用于检测和/或运算转子位置；换向检测单元检测电机的换向时间；控制单元被配置为在电机启动的初始状态阶段，控制驱动电路使电机以低于最终速度的初始速度运行；在换向时间超过预设时间阈值后，控制驱动电路使无刷电机的转速逐渐增大直至无刷电机以最终速度运行。本发明还公开了上述旋转冲击工具的控制方法。本发明的冲击螺丝批、旋转冲击工具及其控制方法能够确保螺钉等工具附件不偏斜、不脱落、不损伤材料、工具附件和工具头，效果显著。

Description

冲击螺丝批、旋转冲击工具及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种旋转冲击类工具及其控制方法，具体涉及一种能够避免冲击产生后工具头脱离对象物的冲击螺丝批及其控制方法。

背景技术

旋转冲击工具具有冲击组件，该冲击组件包括冲击力产生机构，冲击力产生机构一般包括锤部和砧部，锤部接受电机的旋转力而旋转，砧部接受锤部的冲击，因此，旋转冲击类工具利用锤部对砧部的冲击，能够将螺钉、螺杆等工具附件固定到板、木头等材料上。

专利CN110434791A中介绍了冲击螺丝批的基本组成部分，包括壳体，冲击组件，无刷电机，传动组件，驱动电路，控制单元等，并详细介绍了各个组成部分之间的连接关系。

对于现有的旋转冲击工具，如果操作者在工具开始工作时，就以最大的操作量触发扳机等操作件时，控制器将以最大的占空比输出PWM信号控制驱动电路使电机高速旋转，此时，螺钉、螺杆很容易脱离工具的头部或端部(即“工具头”)，无法进行正常工作。另外，当利用上述现有的旋转冲击工具时，当螺钉等工具附件的长度较长时，如果在螺钉还没有充分进入材料时就开始以最终状态冲击螺钉，则可能会因冲击开始时的负荷急剧变化，长螺钉发生偏斜，从而使螺钉脱离材料或工具头，损伤材料、工具头和螺钉。

以冲击螺丝批来说，现有的冲击螺丝批，在开始工作时，通过手动按压扳机至不同位置或行程距离来获得用户期望的低速工况，使电机具有较低的速度，从而使安装在工具头或端部固件中的螺钉以较低的速度进入木头实现扶钉效果，然后等到螺钉稳定后使电机正常运转。在扶钉阶段，由于是用户通过扳机等操作件手动调节电机转速，可能会因手部抖动而使速度不稳定，容易使螺钉偏斜或脱落，还需操作者手扶才能保证螺钉顺利进入材料，操作麻烦且安全性差。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种冲击螺丝批、旋转冲击类工具以及电动工具的控制方法，能够避免冲击产生后工具头脱离对象物。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种冲击螺丝批，包括：壳体；冲击组件，所述冲击组件包括冲击力产生机构，用于产生冲击力；无刷电机，用于输出驱动力；传动组件，与所述无刷电机和所述冲击组件连接，用于将所述无刷电机的动力传递至所述冲击组件；驱动电路，与所述无刷电机连接，用于驱动所述无刷电机输出动力；位置测算单元，用于检测和/或运算无刷电机的转子的位置；控制单元，与所述驱动电路和所述位置测算单元连接，根据所述位置测算单元获得的所述无刷电机的转子的位置控制所述驱动电路；换向检测单元，与所述控制单元连接，用于检测所述无刷电机的换向时间；电源电路，连接至供电电源以为所述冲击螺丝批提供电能；所述壳体形成有容纳空间，至少部分容纳所述冲击组件、无刷电机、传动组件、驱动电路、位置测算单元、控制单元、换向检测单元和电源电路；所述控制单元被配置为：在所述无刷电机启动的初始状态阶段，控制所述驱动电路使所述无刷电机以低于最终速度的初始速度运行；在所述换向时间超过预设时间阈值后，控制所述驱动电路使所述无刷电机的转速逐渐增大直至所述无刷电机以最终速度运行。

进一步地，所述换向检测单元包括具有计时功能的计时模块，所述换向检测单元根据所述转子的位置变化确定所述无刷电机的换向时间。

进一步地，所述换向检测单元与所述位置测算单元连接，所述换向检测单元内置于所述位置测算单元或外置于所述位置测算单元或内置于所述控制单元。

进一步地，所述控制单元被配置为在所述换向时间超过预设时间阈值后，控制所述驱动电路使所述无刷电机的转速随时间推移以固定的变化率或变化的变化率逐渐增大直至所述无刷电机以最终速度运行。

进一步地，所述冲击螺丝批还包括电压检测单元，其与所述供电电源和控制单元连接，用于检测所述供电电源的电压；所述控制单元还被配置为根据所述电压检测单元检测到的所述供电电源的电压调整输出至所述驱动电路的控制信号，以使得所述无刷电机在使用不同电压的供电电源时其转速基本保持一致。

一种旋转冲击工具，包括：壳体；冲击组件，所述冲击组件包括冲击力产生机构，用于产生冲击力；电机，用于输出驱动力；传动组件，与所述电机和所述冲击组件连接，用于将所述电机的动力传递至所述冲击组件；驱动电路，与所述电机连接，用于驱动所述电机输出动力；位置测算单元，用于检测和/或运算电机的转子的位置；控制单元，与所述驱动电路和所述位置测算单元连接，根据所述位置测算单元获得的所述电机的转子的位置控制所述驱动电路；换向检测单元，与所述控制单元连接，用于检测所述电机的换向时间；电池包，可拆卸地安装至所述旋转冲击工具，以为所述旋转冲击工具提供电能；所述壳体形成有容纳空间，至少部分容纳所述冲击组件、电机、传动组件、驱动电路、位置测算单元、控制单元、换向检测单元和电池包；所述控制单元被配置为：在所述电机启动的初始状态阶段，控制所述驱动电路使所述电机以低于最终速度的初始速度运行；在所述换向时间超过预设时间阈值后，控制所述驱动电路使所述电机的转速逐渐增大直至所述电机以最终速度运行。

进一步地，所述换向检测单元包括具有计时功能的计时模块，所述换向检测单元根据所述转子的位置变化确定所述无刷电机的换向时间。

进一步地，所述旋转冲击工具还包括电压检测单元，所述电压检测单元与所述电池包和控制单元连接，用于检测所述电池包的电压；所述控制单元还被配置为根据所述电压检测单元检测到的所述电池包的电压调整输出至所述驱动电路的控制信号，以使得所述电机在使用不同电压的电池包时其转速基本保持一致。

一种旋转冲击工具的控制方法，所述旋转冲击工具包括：冲击组件，包括用于产生冲击力的冲击力产生机构；电机，可操作地与所述冲击组件连接，用于输出动力以驱动所述冲击组件产生冲击力；换向检测单元，用于检测所述电机的换向时间；控制单元，与所述电机和所述换向检测单元连接，至少根据所述换向检测单元的检测结果控制所述电机输出不同转速；所述控制方法包括：使所述电机以初始速度运行；获取所述电机的换向时间；将所述换向时间与预设时间阈值进行比较，并判断所述换向时间是否超过预设时间阈值；在判断所述换向时间超过预设时间阈值后，使所述电机的转速逐渐增大直至所述电机以最终速度运行。

进一步地，所述旋转冲击工具还包括为其供电的供电电源，所述控制方法还包括：获取所述供电电源的电压；根据所述供电电源的电压调整所述电机的控制量以使得所述电机在不同电压的供电电源时其转速基本保持一致。

本发明的有益之处在于：本发明先使旋转冲击工具以较低的初始速度运行，根据换向时间检测冲击即将发生，并在冲击即将发生前，使旋转冲击工具从初始速度调整到以最终速度运行。本发明可实现低速下自动扶钉效果，无需手扶，操作更加简便、安全，而在高速下实现快速打钉。另外，本发明根据电机的换向时间来检测冲击即将发生，检测方法简便、可靠，且无需增加额外电子元器件或机械零部件，检测成本低；并且在冲击发生前就控制电机从初始速度阶段调整到最终速度运行，可以避免冲击发生后再调整电机转速时对象物已经脱落等不利现象已经发生。通过上述方式，本发明的冲击螺丝批、旋转冲击工具及其控制方法能够确保螺钉等工具附件不偏斜、不脱落、不损伤材料、工具附件和工具头，效果显著。

附图说明

图1是旋转冲击工具的电路系统图；

图2是旋转冲击工具的位置传感器信号与信号区间的对应关系示意图；

图3是第一种实施方式的旋转冲击工具在驱动状态下霍尔信号、导通开关、导通绕组以及转子所处扇区的对应关系示意图；

图4是作为一种实施方式的旋转冲击工具的控制方法流程图；

图5是作为另一种实施方式的旋转冲击工具的控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

本发明的旋转冲击工具为手持式电动工具，具体为冲击螺丝批。

旋转冲击工具包括：壳体；电机，用于输出驱动力，电机位于壳体内部，在本实施例中，所述电机为无刷电机，所述电机具有一个提供旋转输出的电机轴，所述电机包括定子和转子；传动组件，与所述电机和所述冲击组件连接，用于将所述电机的输出传递至所述冲击组件，具体地，所述传动组件将电机轴的旋转输出减速后旋转输出；冲击组件，所述冲击组件包括冲击力产生机构，用于产生冲击力；电路板(未示出)，与所述电机电连接，用于控制所述电机输出驱动力；所述电路板容纳在所述壳体内。

壳体围绕形成有容纳空间，至少部分电机和部分传动组件容纳于容纳空间内，本实施例中，电机和传动组件容纳均容纳于壳体形成的容纳空间中且沿电机的电机轴的轴线方向设置，传动组件连接至电机，相对于电机位于壳体的前方，电机和传动组件构成同轴转动，当然也可以构成非同轴转动。旋转冲击工具工作时产生大量的热量热传递至壳体表面，因此，一般而言，壳体包括由导热材料制成的散热部，在本实施例中，散热部为容纳电机和传动组件的壳体的前方部位，即头壳，头壳由导热性好的金属铝制成，起到为电机和传动组件散热的作用。本实施例中，壳体还包括与头壳构成固定连接的第二壳体，第二壳体相对于头壳位于旋转冲击工具的后端，第二壳体由塑料制成；作为一种优选的实施方式，壳体的头壳和第二壳体均由导热性材料，如金属铝等制成；作为另一种优选的实施方式，壳体的头壳和第二壳体一体成型。

旋转冲击工具还包括把手，把手由壳体形成，供用户握持。在一些实施方式中，旋转冲击工具还包括操作件，操作件可被操作以启动或关闭电机，其设置于壳体或把手。

电机具有一个提供旋转输出的电机轴，电机轴的顶端设有电机齿轮，用于通过齿轮结构将电机的动力旋转输出传递给传动组件。电机还包括定子、转子和绕组，电机轴由所述转子带动。

传动组件与所述电机和所述冲击组件连接，用于将所述电机的动力传递至所述冲击组件，具体地，用于将电机轴的旋转输出减速后输出。传动组件可以为行星齿轮机构的减速装置，电机的旋转通过行星齿轮机构来降低转速。

旋转冲击工具还包括冲击组件，冲击组件通过传动组件电连接至电机。在一些实施例中，冲击组件包括冲击力产生机构，用于产生冲击力。在一些具体的实施例中，冲击组件包括与所述传动组件连接的主轴、安装于主轴上的锤部、与所述锤部相配合并受其打击的砧部、由砧部带动冲击的工具附件，所述工具附件包括端部部件，端部部件可以是套筒头或类似部件，可用于安装螺钉的部件。

电机的旋转力经过传动组件和冲击组件后转换成旋转冲击力传递至工具附件，从而端部部件旋转冲击，将螺钉紧固到材料中。具体地，电机的旋转力经由传动组件而使主轴旋转，锤部与主轴一起旋转，锤部的旋转力经由锤部与砧部之间的配合机构(例如，设置在锤部前端面的冲击凸起和设置在砧部后端的冲击臂)转换成旋转冲击力传递至砧部，砧部带动工具附件进行冲击运动，从而带动端部部件旋转冲击，将螺钉紧固到材料中。

旋转冲击工具还包括供电电源，供电电源用于为旋转冲击工具提供电能。在一些实施例中，旋转冲击工具使用直流电源供电，更具体地，旋转冲击工具使用电池包供电，电池包配合相应的电源电路，如DC-DC转换芯片，为所述电机以及电路板上的电路部件供电。本领域技术人员应当理解，供电电源并不限于使用电池包的场景，还可通过市电、交流电源，配合相应的整流、滤波和调压电路，实现对各电路元件的供电。

在本实施例中，旋转冲击工具使用电池包供电，电池包可拆卸的安装至旋转冲击工具。电池包包括壳体和电池芯。电池芯容纳在壳体中，用于存储能量，其能被反复充放电。壳体形成有连接界面，用于与旋转冲击工具的电池包接合部连配合连接。电池包包括正极电源端子和负极电源端子，用于与外部电路或外部装置连接。

旋转冲击工具的运行还依赖于电路系统，电路系统包括电路部件，电路部件设置于电路板上，作为一种实施方式，电路板位于把手部分。

参照图1，作为一种实施方式的旋转冲击工具的电路系统30包括：主开关、控制单元31、驱动电路32、电源电路33、位置测算单元34、换向检测单元35。

主开关串联连接在主回路上，用于允许或禁止电池包的电流流向所述旋转冲击工具。主开关的一端用于与电池包的电源端子电性连接，另一端与电源电路33和驱动电路32连接。在主开关未接通时，电源电路33和驱动电路32断电，电源电路33无法为控制单元31供电，驱动电路32无法工作；在主开关接通时，电源电路33得电，控制单元31从电源电路33获取电能后控制驱动电路32使电池包输出的电流通过电机12的绕组。主开关与操作件关联连接，作为一种实施方式，当操作件被按下后，主开关接通，无刷电机12启动，当操作件被释放后，主开关断开，电机12停止驱动。

在一些具体的实施例中，操作件为扳机，扳机被按压不同行程时，对应控制单元31控制电机输出不同的转速。作为一种实施方式，当扳机松开一定行程后，主开关断开，当扳机被按压一定行程时，主开关接通。扳机还与调速器关联连接，调速器与控制单元连接。在一些实施方式中，调速器具体可以是一个滑动变阻器，扳机与滑动变阻器的移动端子连接，当扳机被按下不同行程时，滑动变阻器接入到电路的阻值发生变化，该变化的阻值可通过电路转换成电压信号，这样控制单元31根据调速器的电压信号与预先存储的电压-转速表或电压-转速公式即可获得操作者期望的电机的转速，从而控制单元31输出相应的PWM信号控制驱动电路32使电机12输出操作者所期望的转速。

控制单元31用于控制旋转冲击工具的操作过程。可选的，所述控制单元31包括单片机或微控制器(MCU)，ARM芯片(高效能RISC(reduced instruction set computing，精简指令集计算)微处理器，Advanced RISC Machine)，DSP芯片(通用数字信号处理器)中的任意一种或组合。

驱动电路32电连接于控制单元31的功率驱动单元，用于驱动电机12工作。在一些实施方式中，电动工具还包括功率驱动单元，功率驱动单元连接到控制单元以及驱动电路，用以接收所述控制单元输出的驱动信号，且根据所述驱动信号控制所述驱动电路工作以驱动所述电机的转子运转。所述功率驱动单元可以是集成到控制单元内部的电路单元或电子部件，也可以是外置于控制单元，且与控制单元电连接的电路单元或电子部件。在本实施方式中，所述功率驱动单元可以是集成到控制单元内部的电路单元或电子部件，即控制单元包括功率驱动单元。

驱动电路32包括多个开关元件，所述的多个开关元件组成桥电路。参照图1，在本实施例中，驱动电路包括开关元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，开关元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6组成三相全桥电路。其中我们定义VT1、VT3、VT5为上桥开关元件，VT2、VT4、VT6为下桥开关元件。驱动开关VT1和VT2与第一相绕组A连接，开关元件VT3和VT4与第二相绕组B连接，开关元件VT5和VT6与第三相绕组C连接。电机的三相绕组A、B、C通过六个开关元件组成的电桥与电池包相连接。开关元件VT1～VT6可以是半导体器件，例如，金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。

开关元件VT1-VT6以场效应管为例，其栅极端作为开关电路的输入端，分别与控制单元的功率驱动单元的输出端电性连接，开关元件的每个漏极或源极分别与电机的绕组电连接。开关元件VT1-VT6依次按照控制单元输出的驱动信号改变导通状态，从而改变加载在电机绕组上的电压的状态，产生交变的磁场，驱动所述电机的转子运转。开关元件VT1-VT6也可相应地选择为IGBT晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或其他开关元件。

为了使电机12转动，驱动电路32具有多个驱动状态，在一个驱动状态下电机的绕组会产生一个磁场，控制单元控制驱动电路切换驱动状态使绕组产生的磁场转动以驱动转子转动，进而实现对电机的驱动。

为了驱动电机，驱动电路至少具有六个驱动状态，为了方便说明，以下以驱动状态对应接通的接线端表示驱动状态。例如，如果控制单元31控制驱动电路32使第一相绕组A连接至正极电源端子和第二相绕组B连接至和负极电源端子，则该驱动状态用AB表示，如果控制单元控制驱动电路使第一相绕组A连接至正极电源端子和第二相绕组B连接至电源端子，则该驱动状态用BA表示，这样表示的驱动方式同样适用于绕组的三角型连接方案。另外，驱动状态的切换也可简称为电机的换向动作。显然，转子每转过60°电机换向一次，定义电机的一次换向至下一次换向的时间间隔为换向时间。

电源电路33与控制单元31电连接，用于将来自供电电源的电能转换成可供控制单元31以及其他电路部件工作的电能。在本实施例中，供电电源为电池包，因此，电源电路33可以包括DC-DC转换芯片。本领域技术人员应当理解，供电电源并不限于使用电池包的场景，还可通过市电、交流电源，配合相应的整流、滤波和调压电路，实现对各电路元件的供电，此时电源电路包括整流、滤波和调压电路。

位置测算单元34与电机12的转子关联设置，其输出端与和控制单元31连接，用于检测电机12的转子的位置，并将检测结果发送给控制单元31，控制单元31依据转子位置进行换相控制。具体地，当转子转动至一个预设范围时，位置测算单元处于一种信号状态，当转子转出预设范围时，位置测算单元切换至另一信号状态。在一些实施例中，位置测算单元包括位置传感器(例如，霍尔传感器)，在另一些实施例中，位置测算单元不包括位置传感器，而是通过反电动势信号或电机母线电流来运算得到转子位置。

作为一种实施方式，位置测算单元34包括位置传感器，所述的位置传感器为三个霍尔传感器。沿电机的转子的圆周方向设置3个霍尔传感器，霍尔传感器检测的转子的位置信息输入至位置测算单元，位置测算单元将输入的转子的位置经逻辑处理转换为可与被控制单元识别的包含转子位置信息的信号，发送给控制单元。当转子转入和转出预设范围时，霍尔传感器的信号发生改变，位置测算单元的输出信号也随之改变。转子转入预设范围时，位置测算单元的输出信号定义为1，而转子转出预设范围时，位置测算单元34的输出信号定义为0。

将三个霍尔传感器彼此相距物理角度120°，当转子转动时，三个霍尔传感器将会产生包括六种信号组合的位置信号使得位置测算单元输出包括六种信号组合之一的位置信号。如果按霍尔传感器放置的顺序排列则出现六个不同的信号组合100、110、010、011、001、101(如图2)。这样一来位置测算单元34就可输出上述六个位置信号之一，控制单元依据位置测算单元输出的位置检测信号即可得知转子所处的位置。

为了方便说明，以下以驱动状态对应接通的接线端表示驱动状态。例如，如果控制单元控制驱动电路的开关元件使第一相绕组A连接至电池包的正极电源端子和第二相绕组B连接至电池包的负极电源端子，则该驱动状态用AB表示；如果控制单元控制驱动电路的开关元件使第一相绕组A连接至负极电源端子和第二相绕组B连接至正极电源端子，则该驱动状态用BA表示，这样表示的驱动方式同样适用于绕组的三角型连接方案。另外，驱动状态的切换也可简称为无刷电动机的换向动作。

按照上述定义，电动工具的电路系统，电机的转子转动时，转子所处扇区位置、霍尔传感器的霍尔信号、导通开关元件以及导通绕组对应状态如图2和下表1所示。

表1

具体地，霍尔传感器实时检测转子的位置，当检测到转子转动到扇区1时，位置测算单元34输出010，控制单元控制开关元件VT6和VT1导通，对应地AB相绕组导通，其余开关元件关断；当转子转动到扇区2时，位置测算单元34输出信号011，控制单元控制开关元件VT1和VT2导通，对应地AC相绕组导通，其余开关元件关断。以此类推，转子依次经过扇区1、扇区2、扇区3、扇区4、扇区5、扇区6，然后再回到扇区1，控制单元按照表1和图3，根据转子所达到的扇区位置，控制相应地开关元件导通，从而使相应的绕组导通，这样绕组产生交变的磁场，带动转子持续转动。

换向检测单元35用于检测电机12的换向时间，其与控制单元31连接，控制单元31根据换向检测单元35检测的结果，获取电机12的换向时间。控制单元31根据所述换向时间调整或不调整电机转速。所述换向检测单元35包括具有计时功能的计时模块，所述换向检测单元35根据所述转子的位置变化确定所述电机的换向时间。所述的计时模块可以是软件和/或硬件结构，作为一种实施方式，换向检测单元包括至少一个计时器或计数器，用于确定电机的换向时间。

在旋转冲击工具开始工作后，随着螺钉进入木头的时间越来越长，木头给予螺钉的反作用力增加，电机的转子转速便会相应的降低(电机有“发生堵转现象的趋势”)，本发明通过检测换电机的换向时间并将其与预设阈值进行比较，当换向时间超过预设阈值，则控制单元控制驱动电路使电机调整转速直至以最终状态下的最终速度运行，直至将螺钉打入到材料的某一位置后控制电机停止驱动。

在一些实施方式中，换向检测单元可以是单独一个组件，也可以是集成到位置测算单元34的内部或控制单元的内部。

作为一种实施方式，换向检测单元35为一个单独组件，其输入端与位置测算单元34连接，其输出端与控制单元31电连接。换向检测单元35根据所述位置测算单元34的测算得到的转子位置来确定电机的换向时间，并将此换向时间发送给控制单元31。

换向检测单元35的计时模块在所述转子从第一位置转动到第二位置时开始计时或计数，并将结果发送到控制单元，控制单元根据换向检测单元的计时结果输出相应控制信号给驱动电路，以控制电机运转。

作为一种实施方式，换向检测单元35进行换向时间检测具体实现方式如下：当位置测算单元的霍尔信号输出的信号发生变化时(例如，霍尔信号从010变化到011时)，换向检测单元的计时模块计时，并将实时计时结果发送给控制单元，控制单元将换向检测单元的将计时结果与预设时间阈值进行比较，来判断换向时间是否超过预设时间阈值，当换向时间超过预设时间阈值，则调整输出至驱动电路的控制信号，具体地，当换向时间超过预设时间阈值，控制单元调整输出至驱动电路的PWM信号的占空比，使电机的转速逐渐增大直至电机以最终速度运行。可以理解地，换向检测单元也可以包括独立的运算控制器，其可以根据计时模块的结果，将其与预设时间阈值进行比较，并能判断换向时间是否超过预设时间阈值，如果超过预设时间阈值，则输出信号给控制单元，控制单元在接收到该信号后调整输出给驱动电路的PWM信号的占空比，使电机转速逐渐增大到直至所述无刷电机以最终速度运行。在一实施方式中，当换向时间超过预设时间阈值后，控制单元控制所述驱动电路，使电机的转速随时间的推移以固定的变化率或变化的变化率逐渐增大直至电机以最终速度运行，具体地，控制单元通过调整输出给驱动电路的PWM信号的占空比，使PWM信号的占空比随时间推移以固定的变化率或变化的变化率增大，从而使电机的转速逐渐增大直至电机以最终速度运行。

上述换向检测单元可以检测一个扇区的换向时间，将此一个扇区的换向时间作为电机的换向时间。当然，也可检测多个连续或不连续扇区的换向时间，并通过求平均值将该平均值作为电机的换向时间。

作为第二种实施方式，换向检测单元集成到位置测算单元中，其输出端与控制单元电连接。换向检测单元根据位置测算单元的测算得到的转子位置来确定电机的换向时间，并将此换向时间发送给控制单元。在一些具体的实施方式中，换向检测单元可以与位置测算单元共用一个运算控制器，例如单片机。换向检测单元的计时模块具体的也可以采用位置测算单元中的单片机中的计时器或定时器来实现计数或计时功能，也可以采用单独的计数器或计时器。换向检测单元进行换向时间的检测过程与前一实施例类似，此处不再赘述。

作为第三种实施方式，换向检测单元集成到控制单元中，其输入端与位置测算单元连接。换向检测单元根据位置测算单元的测算得到的转子位置来确定电机的换向时间，并将此换向时间发送给控制单元。在一些具体的实施方式中，换向检测单元与控制单元共用一个运算控制器，例如单片机，换向检测单元的计时模块具体的可以采用上述单片机中的定时器或计时器实现计时功能。换向检测单元进行换向时间的检测过程与前一实施例类似，此处不再赘述。

上述旋转冲击工具能够检测即将发生的冲击，其检测原理是：随着安装在冲击螺钉批端部部件的螺钉进入材料的深度越深，电机会受到来自螺钉的反作用力，使得电机的转速下降，电机的换向时间会增加，可通过检测电机的换向时间来检测冲击即将发生。

本发明根据电机的换向时间来检测冲击即将发生，检测方法简便、可靠，并且换向检测单元是根据位置测算单元测算得到的转子的位置变化来确定换向时间的，无需增加额外电子元器件或机械零部件，检测成本低；并且在冲击发生前就控制电机从初始速度阶段调整到最终速度运行，可以避免冲击发生后再调整电机转速时对象物已经脱落等不利现象已经发生。

与传统的利用冲击检测传感器检测冲击组件产生的冲击力(例如，检测锤部对砧部的冲击)相比，本方案成本较低，且检测方法简便、检测结果可靠，且在冲击发生前就能检测到是否即将发生冲击，扶钉效果更好，可以有效避免冲击发生后再调整电机转速时对象物已经脱落等不利现象已经发生，更可靠且安全。

在其他一些实施方式中，旋转冲击工具包括：冲击组件，包括用于产生冲击力的冲击力产生机构；电机，可操作地与所述冲击组件连接，用于输出驱动力以驱动所述冲击组件产生冲击力；换向检测单元，用于检测所述电机的换向时间；控制单元，与所述电机和所述换向检测单元连接，至少根据所述换向检测单元的检测结果控制所述电机输出不同转速。

本发明还提供一种上述旋转冲击工具的控制方法，包括如下内容：

使所述电机以初始速度运行；

获取所述电机的换向时间；

将所述换向时间与预设时间阈值进行比较，并判断所述换向时间是否超过预设时间阈值；

在判断所述换向时间超过预设时间阈值后，使所述电机的转速逐渐增大直至所述电机以最终速度运行。

参照图4，上述旋转冲击工具的控制方法的具体内容如下：

S80：启动旋转冲击工具；

操作者触发操作件，旋转冲击工具上电，系统初始化；

S81：电机以初始速度运行；

控制单元上电，控制驱动电路工作，在初始状态阶段，控制单元输出初始占空比的PWM信号控制驱动电路的开关元件导通或关闭，是电机以初始速度运行，在该初始状态阶段，电机驱动螺钉以相对较低的速度进入材料，在该过程中，旋转冲击工具不会产生锤部冲击钻部的状态。

S82：获取电机的换向时间；

换向检测单元35按照前述的过程检测电机的换向时间，控制单元获取换向检测单元35检测到的电机的换向时间。

S83：比较和判断换向时间是否超过预设时间阈值，如果是，则转至步骤S84，如果否，则转至步骤S82；

控制单元将获取的电机的换向时间与预设时间阈值进行比较，并判断换向时间是否超过预设时间阈值。

S84：使电机转速增大直至以电机以最终速度运行；

在电机以初始速度运行驱动螺钉逐渐进入材料后，随着螺钉进入材料的深度越来越深，材料给予螺钉的反作用力不断增加，电机的转速便会相应的降低(“有发生堵转现象的趋势”)，电机的换向时间将会逐渐增加，当换向检测单元35检测到的换向时间超过预设时间阈值，则控制单元调整至驱动电路的PWM信号的占空比，例如，以固定的变化率或变化的变化率逐渐增加PWM信号的占空比至最终占空比，使电机的转速逐渐增大到正常工作时的最终速度，以最终速度运行。其中，变化的变化率可以是逐渐增大的变化率或逐渐减小的变化率，以使电机转速按照不同的方式增大。最终占空比的PWM信号控制驱动电路的开关元件导通或关闭，从而使电机以最终速度运行，这样电机以最终速度驱动螺钉快速的打入木头。所述的预设时间阈值、初始占空比以及最终占空比的选取可根据实际工况和用户需求进行选择，在此并不做限制。

S85：结束。

当螺钉已经被打入到材料的期望位置后，使电机停止驱动或使旋转冲击工具停机。

上述旋转冲击工具在启动的初始阶段先以低于最终速度的初始速度运行，实现低速自动扶钉效果，无需手扶，操作更加安全可靠。当判断换向时间超过预设时间阈值后，调整电机转速，使其转速逐渐增大直至以高于初始速度的最终速度运行，电机驱动螺钉以较大的最终状态速度运行，实现快速打钉。

上述的旋转冲击工具及其控制方法能够确保螺钉不偏斜、不脱落、不损伤材料、螺钉头和工具头，效果显著。

作为可选地，旋转冲击工具还包括电压检测电路，对于选择使用电池包作为供电电源的旋转冲击工具而言，电压检测电路与所述电池包和控制单元连接，用于检测所述电池包的电压；所述控制单元被配置为根据所述电压检测单元的检测到的所述电池包的电压调整调整输出至所述驱动电路的PWM信号，以使得所述电机在使用不同电压的电池包时其转速基本保持一致。

具体地，当电池包可拆卸地安装至电动工具时，电压检测电路与电池包的正极电源端子和负极电源端子电连接，检测电池包的电压。电压检测电路的输出端连接至控制单元，控制单元根据电压检测电路的检测结果获取电池包电压，并将该检测到的电池包电压与预设电压阈值进行比较，如果电池包电压低于预设阈值，则控制单元输出相对较大占空比的PWM驱动信号给驱动电路，否则，控制单元输出相对较小的占空比的PWM驱动信号给驱动电路。

通过这样的方式，可使得电机在启动的初始阶段，使用不同电压的电池包时其转速基本保持一致，不受电池包因使用时间过长而实际电压下降，导致在启动初始阶段，电机的转速不同，进而使得旋转冲击工具的低速自动扶钉的效果因电池包电压下降而效果降低。另外，通过这样的设置，还可以使得旋转冲击工具在使用不同电压规格的电池包时，其扶钉效果稳定。

所述的旋转冲击工具的控制方法包括：获取所述供电电源的电压；根据所述供电电源的电压调整所述电机的控制量以使得所述电机在不同电压的供电电源时其转速基本保持一致。

所述的控制量可以是流向电机的电流或加载到电机的电压等电气参数。对于无刷电机而言，所述的控制量具体PWM信号的占空比。

参照图5，作为另一种实施方式的旋转冲击工具的控制方法，包括：

S90：获取供电电源电压；

在本实施例中，所述的供电电源为电池包，通过上述电压检测电路检测电池包的电压。具体地，当电池包可拆卸地安装至电动工具时，电压检测电路与电池包的正极电源端子和负极电源端子电连接，检测电池包的电压。

S91：比较和判断电源电压是否超过预设电压阈值，如果是，则转至步骤S92，如果否，则转至步骤S93；

S92：以第一占空比控制驱动电路的开关元件导通或关闭；

当电源电压检测值超过预设电压阈值，则控制单元输出第一占空比控制驱动电路的开关元件导通过关闭，使电机以第一速度运行。

S93：以比第一占空比大的第二占空比控制驱动电路的开关元件导通或关闭；

当电源电压检测值未超过预设电压阈值，则控制单元输出比第一占空比大的第二占空比控制驱动电路的开关元件导通或关闭，使电机以第二速度运行。所述的第一速度和第二速度基本保持一致。

S94：使电机以初始速度运行；

所述的初始速度为上述第一速度或第二速度，电机以初始速度运行，在该初始状态下，电机驱动螺钉以相对较低的速度进入材料，在该过程中，旋转冲击工具不会产生锤部冲击钻部的状态。所述的第一速度和第二速度基本相等，以使得电机在使用不同电压的供电电源时其转速基本保持一致。

S95：获取电机的换向时间；

换向检测单元按照前述的过程检测电机的换向时间，控制单元获取换向检测单元检测到的电机的换向时间。

S96：比较和判断换向时间是否超过预设时间阈值，如果是，则转至步骤S97，如果否，则转至步骤S95；

S97：使电机转速逐渐增大直至以电机以最终速度运行。

在电机以初始速度驱动螺钉逐渐进入材料后，随着螺钉进入材料的深度越来越深，材料给予螺钉的反作用力不断增加，电机的转速便会相应的降低(“有发生堵转现象的趋势”)，电机的换向时间将会逐渐增加，当换向检测单元检测到的换向时间超过预设时间阈值，则控制单元调整输出PWM信号的占空比，例如，逐渐增加PWM信号的占空比至最终占空比，使电机的转速逐渐增大到正常工作时的最终速度，以最终速度运行。最终占空比的PWM信号控制驱动电路的开关元件导通或关闭，从而使电机以最终速度运行，这样电机以最终速度驱动螺钉快速的打入木头。所述的预设时间阈值、初始占空比以及最终占空比的选取可根据实际工况和用户需求进行选择，在此并不做限制。

S98：结束。

当螺钉已经被打入到材料的期望位置后，使电机停止驱动或旋转冲击工具停机。

上述控制方法，在电机启动前，先检测和判断电池包电压，如果电池包电压较低，则设置相对较大的占空比，否则，设置相对较小的占空比，这样可以避免电池包因使用时间过长而电压下降，导致在启动初始阶段的电机的低速不同，进而使得旋转冲击工具的扶钉效果因电池包电压下降而效果降低。另外，通过这样的设置，还可以使得旋转冲击工具可以使用不同电压规格的电池包，并且在使用不同电压规格的电池包时，其扶钉效果稳定。

综上所述，本发明的冲击螺丝批以及旋转冲击工具，至少具有以下优点：

先使旋转冲击工具的电机以较低的初始速度运行，并根据换向时间检测冲击即将发生，并在冲击即将发生前，控制电机从初始速度逐渐增大到最终速度运行，可实现低速下自动扶钉效果，防止螺钉打歪，无需手扶，效率更高，操作更加简便、安全，在高速下实现快速打钉，可提高工作效率。本方案的旋转冲击工具控制策略简单，工作效率高。

根据电机的换向时间检测冲击即将发生，检测方法简便、可靠，且无需增加额外电子元器件或机械零部件，检测成本低；由于是检测到的冲击即将发生，可以在冲击即将发生前就控制电机从初始速度阶段切换到最终速度运行，可以避免冲击发生后再调整电机转速时对象物已经脱落等不利现象已经发生，更可靠且安全；

在电机启动前，先检测和判断电池包的电压，如果电池包电压相对较低，则设置相对较大的占空比，否则，设置相对较小的占空比，这样可以避免电池包因使用时间过长而电压下降，导致在启动初始阶段的电机的低速不同，进而使得冲击螺丝批的扶钉效果因电池包电压下降而效果降低。同时，通过这样的设置，还可以使得旋转冲击工具可以使用不同电压规格的电池包，并且在使用不同电压规格的电池包时，其扶钉效果稳定。

通过上述方式，使得本发明的的冲击螺丝批、旋转冲击工具能够确保螺钉等工具附件不偏斜、不脱落、不损伤材料、工具附件和工具头，效果显著。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冲击螺丝批，包括：

壳体；

冲击组件，所述冲击组件包括冲击力产生机构，用于产生冲击力；

无刷电机，用于输出驱动力；

传动组件，与所述无刷电机和所述冲击组件连接，用于将所述无刷电机的动力传递至所述冲击组件；

驱动电路，与所述无刷电机连接，用于驱动所述无刷电机输出动力；

位置测算单元，用于检测和/或运算无刷电机的转子的位置；

控制单元，与所述驱动电路和所述位置测算单元连接，根据所述位置测算单元获得的所述无刷电机的转子的位置控制所述驱动电路；

换向检测单元，与所述控制单元连接，用于检测所述无刷电机的换向时间；

电源电路，连接至供电电源以为所述冲击螺丝批提供电能；

所述壳体形成有容纳空间，至少部分容纳所述冲击组件、无刷电机、传动组件、驱动电路、位置测算单元、控制单元、换向检测单元和电源电路；

所述控制单元被配置为：在所述无刷电机启动的初始状态阶段，控制所述驱动电路使所述无刷电机以低于最终速度的初始速度运行；在所述换向时间超过预设时间阈值后，控制所述驱动电路使所述无刷电机的转速逐渐增大直至所述无刷电机以最终速度运行；

在所述无刷电机启动的初始状态阶段，所述冲击螺丝批不产生冲击状态。

2.根据权利要求1所述的冲击螺丝批，其特征在于：所述换向检测单元包括具有计时功能的计时模块，所述换向检测单元根据所述转子的位置变化确定所述无刷电机的换向时间。

3.根据权利要求1或2所述的冲击螺丝批，其特征在于：所述换向检测单元与所述位置测算单元连接，所述换向检测单元内置于所述位置测算单元或外置于所述位置测算单元或内置于所述控制单元。

4.根据权利要求1所述的冲击螺丝批，其特征在于：所述控制单元被配置为在所述换向时间超过预设时间阈值后，控制所述驱动电路使所述无刷电机的转速随时间推移以固定的变化率或变化的变化率逐渐增大直至所述无刷电机以最终速度运行。

5.根据权利要求1所述的冲击螺丝批，其特征在于：所述冲击螺丝批还包括电压检测单元，其与所述供电电源和控制单元连接，用于检测所述供电电源的电压；所述控制单元还被配置为根据所述电压检测单元检测到的所述供电电源的电压调整输出至所述驱动电路的控制信号，以使得所述无刷电机在使用不同电压的供电电源时其转速基本保持一致。

6.一种旋转冲击工具，包括：

壳体；

冲击组件，所述冲击组件包括冲击力产生机构，用于产生冲击力；

无刷电机，用于输出驱动力；

传动组件，与所述电机和所述冲击组件连接，用于将所述电机的动力传递至所述冲击组件；

驱动电路，与所述电机连接，用于驱动所述电机输出动力；

位置测算单元，用于检测和/或运算电机的转子的位置；

控制单元，与所述驱动电路和所述位置测算单元连接，根据所述位置测算单元获得的所述电机的转子的位置控制所述驱动电路；

换向检测单元，与所述控制单元连接，用于检测所述电机的换向时间；

电池包，可拆卸地安装至所述旋转冲击工具，以为所述旋转冲击工具提供电能；

所述壳体形成有容纳空间，至少部分容纳所述冲击组件、电机、传动组件、驱动电路、位置测算单元、控制单元、换向检测单元和电池包；

所述控制单元被配置为：在所述电机启动的初始状态阶段，控制所述驱动电路使所述电机以低于最终速度的初始速度运行；在所述换向时间超过预设时间阈值后，控制所述驱动电路使所述电机的转速逐渐增大直至所述电机以最终速度运行；

在所述无刷电机启动的初始状态阶段，所述旋转冲击工具不产生冲击状态。

7.根据权利要求6所述的旋转冲击工具，其特征在于：所述换向检测单元包括具有计时功能的计时模块，所述换向检测单元根据所述转子的位置变化确定所述无刷电机的换向时间。

8.根据权利要求6所述的旋转冲击工具，其特征在于：所述旋转冲击工具还包括电压检测单元，所述电压检测单元与所述电池包和控制单元连接，用于检测所述电池包的电压；所述控制单元还被配置为根据所述电压检测单元检测到的所述电池包的电压调整输出至所述驱动电路的控制信号，以使得所述电机在使用不同电压的电池包时其转速基本保持一致。

9.一种旋转冲击工具的控制方法，所述旋转冲击工具包括：

冲击组件，包括用于产生冲击力的冲击力产生机构；

电机，可操作地与所述冲击组件连接，用于输出动力以驱动所述冲击组件产生冲击力；

换向检测单元，用于检测所述电机的换向时间；

控制单元，与所述电机和所述换向检测单元连接，至少根据所述换向检测单元的检测结果控制所述电机输出不同转速；

所述控制方法包括：

在所述电机启动的初始状态阶段，控制驱动电路使所述电机以低于最终速度的初始速度运行并获取所述电机的换向时间；

将所述换向时间与预设时间阈值进行比较，并判断所述换向时间是否超过预设时间阈值；

在判断所述换向时间超过预设时间阈值后，使所述电机的转速逐渐增大直至所述电机以最终速度运行；在所述电机启动的初始状态阶段，所述旋转冲击工具不产生冲击状态。

10.根据权利要求9所述的旋转冲击工具的控制方法，所述旋转冲击工具还包括为其供电的供电电源，其特征在于：所述控制方法还包括：

获取所述供电电源的电压；

根据所述供电电源的电压调整所述电机的控制量以使得所述电机在不同电压的供电电源时其转速基本保持一致。