CN113828830A - 一种电机扭力控制装置以及电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机扭力控制装置，包括扭力调节部件；磁体；磁感应器件；输入端和磁感应器件相连接的控制器；控制器的输出端和电机相连接；其中，扭力调节部件用于驱动控制磁体和磁感应器件之间相对移动；磁感应器件用于感应扭力调节部件带动磁体移动，并输出磁体移动至每个位置点所对应的感应信号；控制器用于根据磁感应器件输出的感应信号，确定感应信号对应的电机的工作扭力档位；并根据工作扭力档位设置电机的输出电流上限值。本申请中简化在电动工具中电机扭力调节装置的结构，保证电机输出扭力的准确性，有利于电机可调的冲击钻、电钻等电动工具的广泛应用。本申请还提供了一种电动工具，具有上述有益效果。

Description

一种电机扭力控制装置以及电动工具

技术领域

本发明涉及电动工具领域，特别是涉及一种电机扭力控制装置以及电动工具。

背景技术

电钻、冲击钻等设备是目前广泛应用的电动工具，基于实际需要钻孔的材料不同，电动工具中电机输出的扭力大小也需要进行适当的调节。在公开号为CN103481251B，发明名称为手持电动工具及其控制方法的专利文件中，公开了一种手持电动工具的控制方法，设定第一电流阈值及较低的第二电流阈值，当电机电流达到第二电流阈值时，维持电机转速，当电机电流达到所述第一电流阈值时，控制电机停机，从而提高了扭矩调节的精确度。该专利文件中公开了电动工具中电机的扭力的大小可以通过限定电机电流的上限值来实现。而对于电机电流的上限值则需要基于使用者设定的扭力档位来确定。

在传统的电动工具中，电机输出扭力档位(也即是每个档位对应一个扭力值)的调节是基于复杂的机械结构来实现的；而复杂的机械结构制造组装结构繁琐，无形中增加了电动工具的使用成本。目前市场上Milwaukee冲击钻中采用电子调扭力模式代替了机械结构调节电机扭力，其主要通过金属弹片接触PCB板实现档位调节，是一种结构更为简单的扭力档位调节装置，基本原理是用户通过扭力杯等部件的旋转控制弹片的形变程度，改变金属弹片的弹力大小，而PCB板基于弹片的弹力大小确定电机对应的扭力档位，由此确定电机输出对应的驱动扭力。但随着弹片使用时间的延长，其弹力大小不可避免的会产生衰减，进而导致电机驱动扭力调节的精度逐渐降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机扭力控制装置以及电动工具，能够在一定程度上保证电机扭力控制的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电机扭力控制装置，包括：

扭力调节部件；磁体；磁感应器件；输入端和所述磁感应器件相连接的控制器；所述控制器的输出端和电机相连接；

其中，所述扭力调节部件用于控制驱动所述磁体和所述磁感应器件之间相对移动；所述磁感应器件用于感应所述磁体的相对移动并输出所述磁体移动至每个位置点所对应的感应信号；

所述控制器用于根据所述磁感应器件输出的感应信号，确定所述感应信号对应的所述电机的工作扭力档位；并根据所述工作扭力档位设置所述电机的输出电流上限值。

在本申请的一种可选地实施例中，所述磁感应器件设置在电路板上；所述扭力调节部件为环绕所述电路板设置的环形结构的扭力杯；所述磁体设置在所述扭力杯的侧壁上。

在本申请的一种可选地实施例中，所述磁感应器件包括在所述电路板上呈环形分布的多个所述霍尔传感器；所述扭力杯带动所述磁体在平行于各个所述霍尔传感器所在平面的环形轨迹上移动。

在本申请的一种可选地实施例中，所述磁感应器件包括多个霍尔传感器、和每个所述霍尔传感器相连接的感应电路；

所述扭力调节部件可带动所述磁体依次移动至距离每个所述霍尔传感器最近的位置点；且当所述磁体到达当前位置点时，所述当前位置点对应的霍尔传感器中的开关元件闭合并输出对应的电信号；

所述感应电路用于根据不同位置的所述霍尔传感器输出的电信号，向所述控制器输出不同大小的感应信号。

在本申请的一种可选地实施例中，所述感应电路包括多个分压电阻、总分压电阻以及直流电源；

其中，每个所述分压电阻的阻值大小均不相同；

每个所述分压电阻的第一端均连接一个所述霍尔传感器；每个所述分压电阻的第二端均和所述总分压电阻的第一端相连接；所述总分压电阻的第二端和所述直流电源相连接；所述总分压电阻的第一端作为所述感应电路的输出端与所述控制器相连接。

在本申请的一种可选地实施例中，所述磁感应器件包括多个霍尔传感器，且每个所述霍尔传感器分别通过所述控制器的不同接入端口和所述控制器相连接。

在本申请的一种可选地实施例中，所述扭力调节部件可带动所述磁体依次移动至距离每个所述霍尔传感器最近的位置点；且当所述磁体到达当前位置点时，所述当前位置点对应的霍尔传感器中的开关元件闭合并输出所述感应信号；

所述控制器用于根据接收到所述感应信号的接入端口编号，确定所述感应信号对应的所述电机的工作扭力档位。

一种电动工具，包括如上任一项所述的电机扭力控制装置。

在本申请的一种可选地实施例中，所述电动工具为电钻或冲击钻。

本发明所提供的一种电机扭力控制装置，包括扭力调节部件；磁体；磁感应器件；输入端和磁感应器件相连接的控制器；控制器的输出端和电机相连接；其中，扭力调节部件用于控制驱动磁体和磁感应器件之间相对移动；磁感应器件用于感应磁体的相对移动并输出磁体移动至每个位置点所对应的感应信号；控制器用于根据磁感应器件输出的感应信号，确定感应信号对应的电机的工作扭力档位；并根据工作扭力档位设置电机的输出电流上限值。

本申请中采用了磁性感应器件和磁体代替了结构复杂的机械结构以及弹片和PCB板等实现电机扭力调节的结构，仅仅通过改变磁体和磁感应器件之间的相对位置，并基于磁感应器件感应到的磁体所在位置的改变，确定和识别当前用户需要调节的电机扭力的大小；在一定程度上避免了弹片弹力衰减的问题，又无需使用过于复杂的机械结构，从而简化在电动工具中电机扭力调节装置的结构，保证电机输出扭力的准确性，有利于电机可调的冲击钻、电钻等电动工具的广泛应用。

本申请还提供了一种电动工具，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电机扭力控制装置的框架结构示意图；

图2为霍尔传感器的电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的感应电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的控制器的芯片结构示意图；

图5为本申请实施例提供的驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在冲击钻、电钻等电动工具在实际使用过程中，用户会基于打孔或需加工的材料种类以及加工要求不同选择合适的电机扭力，并输入对应的电机扭力档位的指令，而电动工具需要识别出用户输入的电机扭力档位的指令，并基于该指令控制电机的电流上限值，也即控制电机的工作扭力大小。而接收用户扭力档位指令的输入、识别扭力档位并确定电机的电流上限值等过程也即是通过电动工具中的电机扭力控制装置来实现的。

本申请中为了在简化电机扭力控制装置的结构的基础上，避免随着电机扭力控制装置的使用时间延长而出现扭力识别不准确的问题，采用了一种通过磁体和磁感应器件实现电机扭力控制的技术方案，用户可以通过改变磁体和磁感应器件之间的相对位置关系，输入的电机工作扭力档位指令，进而使得磁感应器件生成每个相对位置关系对应的感应信号，再基于感应信号识别出用户对电机扭力档位的要求，进而确定控制电机输出的扭力大小，无需使用弹片等形变部件，避免因为使用时间的延长导致弹片弹力衰减进而引起扭力档位识别不准确的问题。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的电机扭力控制装置的框架结构示意图，该电机扭力控制装置可以包括：

扭力调节部件10；该扭力调节部件10主要是用户输入所需扭力档位的部件，具体可以采用扭力杯，也不排除按键按钮、旋钮等等档位调节部件。

磁体和磁感应器件11；该磁体和磁感应器件11可相对移动，且磁体和磁感应器件11之间的相对移动位置可以通过扭力调节部件10来控制实现。当磁体和磁感应器件11之间处于不同的相对位置时，显然磁感应器件11感应磁体的磁场显然也会发生变化，也即是说磁感应器件11可感知磁体和其自身之间的相对位置变化；因此，可以针对磁体和磁感应器件11之间每个相对位置对应设定一个电机扭力档位，当用户通过扭力调节部件10控制磁体和磁感应器件11相对移动至不同相对位置时，也就相当于通过扭力调节部件10输入对应的扭力档位指令，而磁感应器件11感应到和磁体之间的某一相对位置时，即可确定用户输入的扭力档位指令对应的电机工作扭力档位。

在实际应用中，可以将磁感应器件11设置在电路板上，而将磁体固定在扭力调节部件10上。例如，该扭力调节部件10为扭力杯，扭力杯一般为环形结构，该磁体可以设置在扭力杯的内侧壁或外侧壁上，电路板也可设置为环形结构，磁感应器件11和电路板即可共同设置在扭力杯的内环中，随着扭力杯的旋转磁体也发生旋转，其产生的磁场也发生旋转，而固定不动的磁感应器件11所在空间位置的磁场也相应变化，而磁感应器件11可以感应的这一磁场变化，并基于磁场变化感应和磁体间的位置变化，进而输出相应的感应信号。

在本申请的一种可选地实施例中，该磁感应器件11可以包括在所述电路板上呈环形分布的多个霍尔传感器；扭力调节部件10为环形结构的扭力杯，磁体设置在扭力杯的侧壁上；扭力杯带动磁体在平行于各个霍尔传感器所在平面的环形轨迹上移动。

当然，在实际应用中，磁感应器件11中的各个霍尔传感器也并不必然是环形设置，扭力调节部件10也并不必然是扭力杯。例如，该扭力调节部件10还可以直接是和磁体相连接的滑块，可以沿固定轨迹波动滑动，而该固定轨迹和多个霍尔传感器的排布方向平行，使得通过拨动滑块可以依次滑动经过各个霍尔传感器最近的位置点，使得霍尔传感器检测磁体的产生的磁场发生变化，进而输出对应的感应信号。

在电钻或冲击钻等设备中，电机14可调的扭力档位一般可以多达十几个，可以随着磁体依次旋转的各个移动位置分别对应各个扭力档位，且相邻移动位置对应的扭力档位依次增大或依次减小。

此外，本实施例中还包括和磁感应器件11相连接的控制器12，该控制器12和电机14相连接。当磁感应器件11感应到和磁体之间的相对位置时，即可向控制器12输入对应的感应信号，控制器12根据接收到的不同相对位置对应的不同的感应信号，以及预先确定好的每个感应信号对应的工作扭力档位，确定该感应信号对应的电机14的工作扭力档位，并基于该工作扭力档位控制电机14的输出电流上限值，也即可控制电机14输出的扭力大小。

综上所述，本申请的电机扭力控制装置中，采用可相对移动的磁体和磁感应器件实现电机扭力的控制，使得用户可以通过调节磁体和磁感应器件处于不同的相对位置实现对电机的工作扭力档位指令的输入；又利用磁感应器件感应到的磁体和磁感应器件之间的相对位置的不同，实现对用户输入的工作扭力档位指令的识别，进而基于用户实际使用需求控制电机的工作扭力，保证了电机扭力控制的准确性，又避免装置结构复杂化。

基于上述实施例，对于电机扭力控制装置中的磁感应器件存在多种设置方式，对应于不同的磁感应器件设置方式，识别用户控制磁体和磁感应器件之间的相对位置输入的电机的工作扭力档位的识别方式也是不同的。

以磁感应器件11包括多个霍尔传感器为例，扭力调节部件10可以带动磁体沿特定轨迹移动，且移动轨迹和各个霍尔传感器的排布方向平行，使得磁体依次经过距离各个霍尔传感器最近的位置点。

例如，当各个霍尔传感器呈直线排布，相应的磁体的移动轨迹也必然在一条直线上，且该磁体的直线移动轨迹和各个霍尔传感器排布的所在直线相互平行；还例如，各个霍尔传感器呈环形排布，相应的磁体的移动轨迹也即是和霍尔传感器排布的环形相同形状的环形轨迹，且磁体的环形移动轨迹和各个霍尔传感器排布所在的环形的中心轴应当重合。

参照图2，图2为霍尔传感器的电路结构示意图，当磁体和霍尔传感器之间的距离在一定距离范围内时，也即是磁体移动到距离某一霍尔传感器最近的位置点时，该霍尔传感器中的磁感应元件X感应到磁体所产生的磁场，三极管开关Q才能够闭合并输出相应的电信号。当磁体距离哪个霍尔传感器最近时，该霍尔传感器即会输出电信号，而其他霍尔传感器中的三极管开关Q断开，无法输出电信号。并且通过合理设置各个霍尔传感器之间的间距大小，或者是，通过设定扭力调节部件10的结构使得磁体每次只能稳定停留在特定位置点，也即是磁体稳定停留的位置只能是在距离各个霍尔传感器最近的位置点之间切换，而无法停留在两个霍尔传感器之间的位置点。

为了能够便于控制器12分别出具体哪个霍尔传感器输出的电信号，在本申请中还可以进一步地包括感应电路，当不同位置的霍尔传感器输出电信号时，该感应电路即可基于不同霍尔传感器输出的但信号向控制器12输出不同的感应信号。

如图3所示，图3为本申请实施例提供的感应电路的结构示意图，该感应电路可以包括：

多个分压电阻、总分压电阻R19以及直流电源VDD；

其中，每个分压电阻的阻值大小均不相同；

每个分压电阻的第一端均连接一个霍尔传感器；每个分压电阻的第二端均和总分压电阻R19的第一端相连接；总分压电阻R19的第二端和直流电源相连接；总分压电阻R19的第一端作为感应电路的输出端与控制器12相连接。

如图3所示，图3中是以包含有15个霍尔传感器为例进行说明的，图3中标号为R20至R34的电阻元件均是分压电阻，而总分压电阻即为标号为R19的电阻元件。每个分压电阻均是一端连接霍尔传感器另一端连接总分压电阻R19，以第一霍尔传感器Hall1距离磁体最近为例，第一霍尔传感器Hall1中的开关接通，也即是第一霍尔传感器Hall1和第一分压电阻R20相连接的输出端接地，相当于将第一霍尔传感器Hall1对应的第一分压电阻R20一端接地另一端通过总分压电阻R19连接直流电源VDD。显然，对于第一霍尔传感器Hall1对应的第一分压电阻R20和总分压电阻R19之间节点位置的电压值大小，与第一分压电阻R20和总分压电阻R19之间的分压有关；而在图3中R20至R34的电阻元件的阻值大小各不相同。当不同的霍尔传感器感应到磁体，使得其内部开关闭合时，在总分压电阻R19连接各个分压电阻的一端的电压值是各不相同的，由此该总分压电阻R19的连接分压电阻的端点的电压值也即可作为表征不同电机工作扭力档位的感应信号。在实际应用中感应电阻和各个霍尔传感器可以共同集成于同一电路板上形成感应板。

当控制器12接收到该电压值之后，即可根据预先确定好的各个电压值和电机的工作扭力档位之间的一一对应关系，确定电机的工作扭力档位，并基于该工作扭力档位确定电机工作的电流上限值。

参考图4和图5，图4为本申请实施例提供的控制器的芯片结构示意图，图4中示出了控制器11对应的控制器芯片U2；图5为本申请实施例提供的驱动电路的结构示意图。控制器芯片U2基于连接器JP1的引脚Gear获得总分压电阻R19连接分压电阻的一端的电压值，并基于该电压值的大小通过图5所示的驱动电路13控制电机14的最大电流值。该驱动电路13包括驱动芯片U1、驱动外围电路、驱动电阻、场效应管、电流检测相关电阻和滤波电容等；其中，驱动外围电路包括电阻元件R1，二极管D1A,D1B,D1C以及电容元件C4、C3、C6、C7；驱动电阻包括R3，R4，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R13，R14，R15；场效应管包括Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7，Q8，Q9，Q10，Q11，Q12，电流检测相关电阻R16，R17，R18；滤波电容C11。

在本申请的一种可选地实施例中，扭力调节部件10为侧壁固定有磁体的扭力杯；当集成有磁感应器件和感应电路的感应板装在牙箱壳上，扭力杯套在牙箱壳上，扭力杯旋转到不同位置时，扭力杯上磁体触发霍尔传感器Hall1至Hall15其中一个霍尔传感器，被触发的霍尔传感器中的开关元件会打开，实现对应的分压电阻与总分压电阻R19之间的分压；不同的霍尔传感器被触发打开(即三极管开关Q打开)，VOL引脚会输出不同的电压值；感应板上的VOL引脚连接到集成有控制器芯片U2和驱动电路的主控板上的Gear引脚，控制器芯片U2的Gear引脚检测到电压值后，根据电压值设置对应的触发电流及保护时间(比如检测到第一霍尔传感器Hall1打开时的电压值，则将触发电流预设为X安培，保护时间为Y秒)，控制器芯片U2通过13至18引脚控制驱动芯片U1，驱动芯片U1经驱动电阻及场效应管控制电机运转；当电机运转时，电流会经过电阻R17和电阻R18；控制器芯片U2的7脚(Isen)通过电阻R16检测经过R17，R18上的电流，当电流达到预设值且时间达到保护时间时，控制器芯片U2通过13-18引脚控制驱动芯片U1，再经驱动电阻及场效应管关闭电机14运转，最终实现扭力控制。

基于上述实施例，在实际应用中，也并不必然需要通过感应电路连接各个霍尔传感器和控制器12，也可以采用包含多个接入端口的控制器，每个接入端口连接一个霍尔传感器。

因此，在本申请的一种可选地实施例中，磁感应器件11包括多个霍尔传感器，且每个霍尔传感器分别通过控制器12的不同接入端口和控制器相连接。

更进一步地，扭力调节部件10可带动磁体依次移动至距离每个霍尔传感器最近的位置点；且磁体距离最近的霍尔传感器中的开关元件闭合并输出对应的感应信号；

控制器12用于根据接收到感应信号的接入端口编号，确定感应信号对应的电机14的工作扭力档位。

基于控制器12基于各个接入端口的编号，当其中一个端口接收到霍尔传感器输入的感应信号，即可分辨确定磁体当前移动的位置，并确定该磁体所在位置对应的电机工作扭力档位。

本申请还提供了一种电动工具的实施，该电动工具可以是电钻、冲击钻等打孔设备，也可以是其他带有电机的工具。该电动工具中包含有如上任一项所述的电机扭力控制装置。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

Claims (9)

1.一种电机扭力控制装置，其特征在于，包括：

扭力调节部件；磁体；磁感应器件；输入端和所述磁感应器件相连接的控制器；所述控制器的输出端和电机相连接；

其中，所述扭力调节部件用于控制驱动所述磁体和所述磁感应器件之间相对移动；所述磁感应器件用于感应所述磁体的相对移动并输出所述磁体移动至每个位置点所对应的感应信号；

所述控制器用于根据所述磁感应器件输出的感应信号，确定所述感应信号对应的所述电机的工作扭力档位；并根据所述工作扭力档位设置所述电机的输出电流上限值。

2.如权利要求1所述的电机扭力控制装置，其特征在于，所述磁感应器件设置在电路板上；所述扭力调节部件为环绕所述电路板设置的环形结构的扭力杯；所述磁体设置在所述扭力杯的侧壁上。

3.如权利要求2所述的电机扭力控制装置，其特征在于，所述磁感应器件包括在所述电路板上呈环形分布的多个所述霍尔传感器；所述扭力杯带动所述磁体在平行于各个所述霍尔传感器所在平面的环形轨迹上移动。

4.如权利要求1所述的电机扭力控制装置，其特征在于，所述磁感应器件包括多个霍尔传感器、和每个所述霍尔传感器相连接的感应电路；

所述扭力调节部件可带动所述磁体依次移动至距离每个所述霍尔传感器最近的位置点；且当所述磁体到达当前位置点时，所述当前位置点对应的霍尔传感器中的开关元件闭合并输出对应的电信号；

所述感应电路用于根据不同位置的所述霍尔传感器输出的电信号，向所述控制器输出不同大小的感应信号。

5.如权利要求4所述的电机扭力控制装置，其特征在于，所述感应电路包括多个分压电阻、总分压电阻以及直流电源；

其中，每个所述分压电阻的阻值大小均不相同；

每个所述分压电阻的第一端均连接一个所述霍尔传感器；每个所述分压电阻的第二端均和所述总分压电阻的第一端相连接；所述总分压电阻的第二端和所述直流电源相连接；所述总分压电阻的第一端作为所述感应电路的输出端与所述控制器相连接。

6.如权利要求1所述的电机扭力控制装置，其特征在于，所述磁感应器件包括多个霍尔传感器，且每个所述霍尔传感器分别通过所述控制器的不同接入端口和所述控制器相连接。

7.如权利要求6所述的电机扭力控制装置，其特征在于，所述扭力调节部件可带动所述磁体依次移动至距离每个所述霍尔传感器最近的位置点；且当所述磁体到达当前位置点时，所述当前位置点对应的霍尔传感器中的开关元件闭合并输出所述感应信号；

所述控制器用于根据接收到所述感应信号的接入端口编号，确定所述感应信号对应的所述电机的工作扭力档位。

8.一种电动工具，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的电机扭力控制装置。

9.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具为电钻或冲击钻。

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