CN114083494B - 往复式电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种往复式电动工具(100)，其包括：电机(20)，能够提供双向旋转输出；一对工作元件(30)，其中的一个或两个为可动工作元件，所述可动工作元件在所述电机的驱动下作往复运动；第一传感器(40)，与所述电机直接或间接耦接，用于感测并输出能够表征所述电机的旋转方向和旋转圈数的第一信号；第二传感器(50)，与所述可动工作元件直接或间接耦接，用于感测并输出能够表征所述可动工作元件的位置的第二信号；以及控制器(60)，与电机(20)、第一传感器(40)和第二传感器(50)分别电连接，所述控制器构造成接收所述第一信号和所述第二信号，并向所述电机输出基于所述第一信号和所述第二信号的控制信号。

Description

往复式电动工具

技术领域

本发明涉及电动工具的技术领域，尤其涉及一种往复式电动工具。

背景技术

往复式电动工具通过其工作部件的往复运动来对工件进行加工。在现有技术中，往复式电动工具通常采用机械控制方式或电子控制方式来控制工作部件的运动位置。

在现有的机械控制方式中，通常采用限位器(例如，挡块)来限制工作部件的往复运动范围。这样，在每次阻挡工作部件的运动时需要较大的阻挡力并产生较大的机械损伤。

在现有的电子控制控制中，与上述机械控制方向相比，虽然无需提供较大的阻挡力，也避免了机械损伤，但是依然存在尚待解决的问题。例如，现有的电子控制方式通常仅提供位置信号，根据该位置信号，工作部件将运行一个完整的往复行程。如果电动工具在该往复行程过程中因为位置传感器失效等原因而丢失了位置信号，工具的工作部件的运动无法得到及时的调整，由此可能引起工具损坏或工具操作者的人身危险。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，本发明提出了一种改进的往复式电动工具，其能够通过电子控制的方式来控制工具的工作部件的往复运动，从而能够灵活调整和控制工具的工作部件的运动，提升工具安全性。

为此，提供了一种往复式电动工具，其包括：电机，能够提供双向旋转输出；一对工作元件，其中的一个或两个为可动工作元件，所述可动工作元件在所述电机的驱动下作往复运动；第一传感器，与所述电机直接或间接耦接，用于感测并输出能够表征所述电机的旋转方向和旋转圈数的第一信号；第二传感器，与所述可动工作元件直接或间接耦接，用于感测并输出能够表征所述可动工作元件的位置的第二信号；以及控制器，与所述电机、所述第一传感器和所述第二传感器分别电连接，所述控制器构造成接收所述第一信号和所述第二信号，并向所述电机输出基于所述第一信号和所述第二信号的控制信号。

根据一实施方式，所述控制信号用于在所述控制器基于所述第一信号和所述第二信号确定为电动工具出现故障时控制所述电机刹停。

根据一实施方式，所述可动工作元件的往复运动包括在第一预定位置与第二预定位置之间的往复运动；并且所述控制信号用于在所述控制器接收到表示所述可动工作元件同时处于所述第一预定位置和所述第二预定位置的第二信号时，控制所述电机刹停。

根据一实施方式，所述控制信号用于在所述控制器确定为基于所述第一信号的电机实际旋转圈数与基于所述第二信号的电机理论旋转圈数不一致时，控制所述电机刹停。

根据一实施方式，所述可动工作元件的往复运动包括从第一预定位置至第二预定位置的有效操作行程以及从所述第二预定位置返回所述第一预定位置的空行程；并且所述电动工具还包括切换开关，设置在所述电动工具的工具壳体上并且在所述工具壳体内与所述电机电连接，所述切换开关具有多个档位，每一档位对应于所述可动工作元件在空行程中的多种运动模式中的一种。

根据一实施方式，所述多种运动模式包括：在空行程的初始阶段，所述可动工作元件被加速至小于最大速度的速度，所述最大速度是指所述电机的最大旋转输出能够提供的所述可动工作元件的最大运动速度；并且在空行程的中间阶段，所述可动工作元件以阶梯式减速的方式运动。

根据一实施方式，所述控制器中存储有第一～第四速度，按照从大到小排列为：第一速度、第二速度、第三速度、第四速度，并且所述多种运动模式包括：

(1)快速模式：所述可动工作元件以第一速度完成空行程；

(2)节能模式：所述可动工作元件在空行程初始阶段被加速至第二速度或第三速度，在运动至空行程的预定百分比后，被减速至第四速度并以第四速度完成剩余的空行程。

根据一实施方式，所述第一速度为所述电机的最大旋转输出能够提供的、所述可动工作元件的最大运动速度；

所述第二速度为所述第一速度的60％-80，所述第三速度为所述第一速度的50％-60％，第四速度为第一速度的5％-30％，并且

所述预定百分比在50％-80％之间。

根据一实施方式，所述电动工具还包括工具开关(80)，所述工具开关具有：第一模式，用于允许所述可动工作元件的一次往复运动；以及第二模式，用于调节所述可动工作元件的最大行程。

根据一实施方式，所述电动工具为电动修枝剪，所述一对工作元件包括一个可动刀片和一个固定刀片。

由此可见，根据本发明实施例的往复式电动工具，实现了对可动工作元件的运动的灵活调节。

例如，根据本发明实施例的往复式电动工具，具备能够采集可动工作部件的运动行程(位置)的传感器以及能够采集电机的旋转圈数的传感器，基于这两个传感器的感测结果，能够快速检测出电动工具是否出现故障，并在出现故障时及时刹停电机，从而及时停止工作元件的当前运动。

例如，根据本发明实施例的往复式电动工具，具备切换开关，其能够在多个档次之间进行切换，多个档次对应于电机的不同运行模式，从而实现了可动工作元件在空行程过程中的快速模式和节能模式。

附图说明

图1示出了根据本发明的一可行实施方式的往复式电动工具的示意配置。

图2示出了图1中的往复式电动工具的工作部件的一些工作状态。

图3示出了图1中的往复式电动工具的切换开关的一种实现方式。

图4示出了图1中的往复式电动工具的切换开关的另一种实现方式。

图5示意性示出了针对空行程的多种模式的一些实施例。

具体实施方式

本发明涉及往复式电动工具。在本发明中，往复式电动工具是指由能够双向旋转的电机作为动力源，并且由交替执行有效操作行程和空行程(也称为“返回行程”)构成往复运动的电动工具。

在本发明中，术语“有效操作行程”是指电动工具对工件或对象执行有效操作的行程周期。术语“空行程”或“返回行程”是指电动工具不对工件或对象执行有效操作的行程周期。根据本发明的实施例，电动工具输出的可能是往复移动、往复摆动或者往复转动，电动工具的这些输出运动都由交替的有效操作行程和空行程组成。

例如，往复式电动工具为电动修枝剪。电动修枝剪的刀具的闭合过程为有效操作行程，在该行程中可以对林木的枝条进行修剪。电动修枝剪的刀具的打开过程为空行程，通过空行程，刀具返回打开位置，以便刀具的下一次有效操作行程的闭合操作。

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

图1示意性示出了根据本发明的一可行实施方式的往复式电动工具100(以下，简称为电动工具100或工具100)。图1中例示出了电动工具100实现为电动剪刀，例如，电动修枝剪。电动工具100还可以实现为其他类型的往复式电动工具，例如，电动拉铆枪。

电动工具100主要包括工具壳体10、电机20、一对工作元件30、第一传感器40、第二传感器50和控制器60。

工具壳体10用于承载和收纳工具100的构成部件。

电机20(也可以称为马达)作为工具100的动力源，为工具100的可动工作元件提供驱动力。电机20可以实现为双向旋转电机，其可以通过输出轴而输出双向旋转，即，在电机控制电路的控制下(例如，借助于控制器60实现对电机20的控制)朝一个方向旋转或者朝另一个相反方向旋转。而且，电机20的旋转速度也可以被调节，由此电机20能够输出不同的转速。

一对工作元件30在电机20的驱动下进行往复运动，从而执行对工件或对象的加工。工作元件30可以直接与电机20的旋转输出轴耦接，从而直接受电机20的驱动。工作元件30也可以经由传动机构(例如，传动齿轮)而间接地与电机20的旋转输出轴耦接，从而间接受电机20的驱动。工作元件30可以实现为工具100的工具头，该工具头可以固定于工具100，也可以可拆卸地附接至工具100。

一对工作元件30可以包括第一工作元件31和第二工作元件32。第一工作元件31和第二工作元件32中的至少一个为可动工作元件。可动工作元件在两个预定位置(例如，参见图2中的第一预定位置P1和第二预定位置P2)之间进行往复运动。

在一实施例中，参见图2，第一工作元件31为可动工作元件，且第二工作元件32为固定工作元件(即，不可动的工作元件)。在该实施例中，第二工作元件32固定在第二预定位置P2，第一工作元件31在第一预定位置P1和第二预定位置P2之间往复运动，即，反复地靠近和远离第二工作元件32。

参见图2中的图2A，第一工作元件31处于第一预定位置P1，这时，电动剪刀100处于最大打开状态；参见图2中的图2B，第一工作元件31处于第一预定位置P1与第二预定位置P2之间的中间位置，电动剪刀100处于有效操作行程中，从图2A至图2B，剪刀100的张口变小，进行切割操作；参见图2的图2C，第一工作元件31处于第二预定位置P2，剪刀100处于闭合状态。接着，剪刀100可以执行空行程，即，第一工作元件31从第二预定位置P2返回第一预定位置P1，从而电动剪刀100再次处于最大打开状态。

在另一实施例中，第一工作元件31和第二工作元件32均为可动工作元件。这样，在有效操作行程中，两个可动工作元件彼此相向运动；在空行程中，两个可动工作元件彼此远离运动。

在工具100实现为电动剪刀的实施例中，一对工作元件30实现为一对刀片，即，第一刀片31和第二刀片32。

第一传感器40与电机20直接或间接地耦接，用于感测电机20的运动状态，例如，旋转方向、旋转角度、旋转圈数。第一传感器40可以测量表征电机20的运动状态的参数，例如，电机20的反电动势、旋转角度、旋转速度、旋转加速度、在旋转过程中经过某一位置的频次。接着，根据测量到的参数可以计算出电机20的旋转圈数。旋转圈数的计算过程可以在第一传感器40处理执行，例如，在与第一传感器40集成的处理芯片中执行；也可以在控制器60处执行，例如，控制器60获取测得的参数并将该参数换算成电机20的旋转圈数，即，电机20的实际旋转圈数。

在一实施例中，为了获得电机20的旋转圈数，第一传感器40实现为设置于电机20附件的接近传感器，借助于该接近传感器40测量电机20是否经过某一位置，在电机20每经过该位置时生成一计数信号，并且采用一计数器对计数信号进行计数。这样，根据计数器的计数值可以获知电机20的实际旋转圈数。在该实施例中，计数器可以与第一传感器40集成在一起，也可以与控制器60集成在一起，例如，作为控制器60的一个硬件或软件模块。

第二传感器50与可动工作元件直接或间接耦接，用于测量可动工作元件的位置。第二传感器50可以测量表征可动工作元件的位置的参数。

在一个实施例中，该表征位置的参数可以是表示可动工作元件的实际位置的参数。例如，第二传感器50测量可动工作元件是否经过设定位置(即，传感器的设置位置，例如为往复运动范围内的一位置)。在测量到可动工作元件经过该设定位置时，表示可动工作元件的位置处于该设定位置，由此可以确定出可动工作元件的实际位置。

在另一实施例中，该表征位置的参数可以是表示可动工作元件相对于一参考位置(例如往复运动的单程运动的起始位置或结束位置)的相对位置的参数。例如，第二传感器50的设定位置是往复运动的单程运动的起始位置或结束位置。第二传感器50在测量可动工作元件的运动时，输出0-5V的信号，输出信号的幅值可以对应于可动工作元件相对于传感器的设定位置的相对位置，由此可以计算出可动工作元件的实际位置。该计算过程可以在第二传感器50处理执行，例如，在与第二传感器50集成的处理芯片中执行；也可以在控制器60处执行，例如，控制器60获取测得的参数(例如，电压值)并将该参数换算成可动工作元件的位置。

在又一个实施例中，第二传感器50可以是行程传感器，设置成与可动工作元件耦接。该行程传感器可以在可动工作元件从第一预定位置运动到第二运动位置的过程中或者在从第二预定位置运动到第一运动位置的过程中追踪该元件的位置。

控制器60与第一传感器40、第二传感器50和电机20分别电连接。控制器60接收来自第一传感器40的第一信号(即，第一传感器的测量结果)和来自第二传感器50的第二信号(即，第二传感器的测量结果)。在控制器60中，根据第一信号可以获得电机20的实际旋转圈数，根据第二信号可以获得可动工作元件的位置以及电机20的理论旋转圈数。

关于电机20的理论旋转圈数，可以这样确定：在从第一预定位置运动到第二预定位置或者从第二预定位置运动到第一预定位置的过程中，可动工作元件运动到某一中间位置时应当对应的电机旋转圈数可以预先确定的对应关系表来确定。该对应关系表可以通过实验获得。在该对应关系表中，可以查询可动工作元件运动到某一位置应当对应的电机旋转圈数，即，电机的理论旋转圈数。

控制器60可以根据第一信号和第二信号判断电动工具100是否出现故障，并在判定为出现故障时，控制电机20刹停，由此使得工作元件的运动停止。

在一实施例中，当控制器60接收到表示可动工作元件同时处于第一预定位置和第二预定位置的第二信号时(例如，控制器60同时接收到两个第二信号，一个第二信号表示可动工作元件处于打开位置P1，另一个第二信号表示可动工作元件处理闭合位置P2)，判定为工具100出现故障，因为工作元件不可能同时出现在两个不同位置，尤其是不可能同时出现在打开位置和闭合位置。

在一实施例中，当控制器60确定出电机20的实际旋转圈数和理论旋转圈数不一致时，判定为工具10出现故障。例如，在有效操作行程中，电机20的实际旋转圈数为A1，而根据工作元件的位置确定出的理论旋转圈数应为A2(A2与A1不相等，并且两者相差较大，超过系统预设的容差阈值)，则可以判定为工具100出现故障。

考虑到工具100在空行程过程中并没有对工件或对象进行加工操作，该过程仅是为了使得可动工作元件返回到下一次有效操作行程的起始位置。根据本发明的实施例，设计了可动工作元件在空行程过程中多种运动模式。这些运动模式可以适用于不同的操作场景，例如，加工任务侧重于更加快速或者更加节能。

为此，电动工具100还可以包括切换开关70。切换开关70设置在工具壳体10上，便于工具100的操作者操作。切换开关70在壳体10内部与电机20电连接。切换开关70具有多个档位，每个档位分别对应于可动工作元件在空行程过程中的多种运动模式中一种。例如，操作者将切换开关切换为一档位，控制器响应于该档位切换操作，控制电机的旋转输出，以使得可动工作元件的运动模式为与该档位对应的一种模式。

切换开关70可以采用多种形式实现。例如，参见图3，切换开关70可以实现为推动式按钮，切换开关70被推动至不同位置，可以实现不同的档位(例如，图3A的档位1；图3B的档位0；图3C的档位2)。参见图4，切换开关70可以实现为旋钮式开关，切换开关70被旋转至不同的位置，可以实现不同的档位(图4中的档位1、2、3)。

在工具100从有效操作行程变成空行程的过程中，电机20经历了由朝一个方向的转速变成零(正转至停止)，接着反向加速(例如，反转)，以便完成空行程。在可动工作元件完成空行程后刹停电机20。在空行程的过程中，可以通过控制电机20的旋转输出来调节可动工作元件在空行程过程中的速度(例如，输出不同的旋转速度可以实现工作元件的不同运动速度)，由此实现不同的运动模式。

根据本发明的实施例，设计了针对空行程的如下的模式。

在空行程的初始阶段，可动工作元件的速度可以迅速增加为最大速度。最大速度是指电机20的最大旋转输出能够提供的、可动工作元件的最大运动速度。例如，可以用100％V来表示该最大速度。)在空行程的初始阶段，可动工作元件的速度也可以增加为该最大速度的一定百分比，即，并没有增加至最大速度，而是小于最大速度的一速度。在空行程的中间阶段，使得可动工作元件进行阶梯式减速，这样，在完成空行程后需要刹停电机时，只需要抵消一较小的动能，由此能够降低能量消耗。

在一实施例中，控制器60中存储有多个速度，例如，第一～第四速度。这些速度按照从大到小排列为：第一速度、第二速度、第三速度、第四速度。其中，第一速度为上述最大速度。第二速度为第一速度的60％-80％。第三速度为第一速度的50％-60％。第四速度为第一速度的5％-30％。可以对这些速度值的设定、启用时刻以及运行时长进行多种组合，由此得到针对空行程的多个运行模式。

例如，可动工作元件在空行程过程中的运动模式可以包括快速模式和节能模式。

在快速模式下，可动工作元件以第一速度完成空行程。

在节能模式下，可动工作元件在空行程初始阶段被加速至第二速度或第三速度，在运动至空行程的预定百分比后，被减速至第四速度并以第四速度完成剩余的空行程。

图5中5A-5C示出了针对空行程的运动模式的一些实例。在图5A-5C中，纵坐标(V)表示可动工作元件的运动速度，其中，100％V表示可动工作元件的最大运动速度(“最大运动速度”的定义同上)。横坐标(S)表示可动工作元件运行的空行程，其中，100％表示空行程的终点，即，可动工作元件运动至空行程的终点。

参见图5A，可动工作元件以第一速度完成空行程。例如，在面对需要以较快速度完成加工任务的情况下，切换开关70被设置于表示快速模式的档位，控制器60控制电机20的旋转输出，以使得可动工作元件在空行程开始时迅速加速到最大速度，即，100％的速度，接着以该最大速度完成空行程，然后刹停电机20。

参见图5B，在空行程开始时，可动工作元件以80％的最大速度(即，第一速度的80％)运动至空行程的80％，接着速度被降为20％的最大速度，并以20％的最大速度完成剩余的空行程，然后刹停电机。

参见图5C，在空行程开始时，可动工作元件以50％的最大速度(即，第一速度的50％)运动至空行程的50％，接着速度被降为最大速度的20％，以该20％的最大速度运行至空行程的90％，然后在剩余的10％的空行程使得可动工作元件的速度逐渐减为零。

可以理解的是，图5A-图5C仅为运动模式的一些实例。根据本发明的实施例还包含其他类似的阶梯式减速模式，不限于此。

另外，工具100还可以包括工具开关80，设置于壳体10上，便于工具100的操作者操作。工具开关80可以包括用于允许可动工作元件的一次往复运动的供电的第一模式。例如，工具开关80被按下一次，可动工作元件执行一个有效操作行程和一个空行程。工具开关80还可以包括用于调节可动工作元件的最大行程的第二模式。例如，在工具100为电动剪刀的实例中，根据当前工件加工的需求，可以选择性地剪刀张口大小，通过长按或者连续按两次工具开关80来调节剪刀张口大小，例如，张开大口或张开小口。在调节完成后，可以通过第一模式来触发电动剪刀的一次切割操作，即，一次往复运动。

虽然前面描述了一些实施方式，这些实施方式仅以示例的方式给出，而不限制本发明的范围。所附的权利要求及其等同替换意在涵盖本发明范围和主旨内做出的所有修改、替代和改变。

Claims (9)

1.一种往复式电动工具(100)，其特征在于，包括：

电机(20)，能够提供双向旋转输出；

一对工作元件(30)，其中的一个或两个为可动工作元件，所述可动工作元件在所述电机的驱动下作往复运动；

第一传感器(40)，与所述电机直接或间接耦接，用于感测并输出能够表征所述电机的旋转方向和旋转圈数的第一信号；

第二传感器(50)，与所述可动工作元件直接或间接耦接，用于感测并输出能够表征所述可动工作元件的位置的第二信号；以及

控制器(60)，与所述电机(20)、所述第一传感器(40)和所述第二传感器(50)分别电连接，所述控制器构造成接收所述第一信号和所述第二信号，并向所述电机输出基于所述第一信号和所述第二信号的控制信号，

其中，所述可动工作元件的往复运动包括从第一预定位置至第二预定位置的有效操作行程以及从所述第二预定位置返回所述第一预定位置的空行程；并且

所述电动工具还包括切换开关(70)，设置在所述电动工具的工具壳体(10)上并且在所述工具壳体内与所述电机(20)电连接，所述切换开关具有多个档位，每一档位对应于所述可动工作元件在空行程中的多种运动模式中的一种。

2.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述控制信号用于在所述控制器基于所述第一信号和所述第二信号确定为电动工具出现故障时控制所述电机刹停。

3.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述可动工作元件的往复运动包括在第一预定位置与第二预定位置之间的往复运动；并且

所述控制信号用于在所述控制器接收到表示所述可动工作元件同时处于所述第一预定位置和所述第二预定位置的第二信号时，控制所述电机刹停。

4.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述控制信号用于在所述控制器确定为基于所述第一信号的电机实际旋转圈数与基于所述第二信号的电机理论旋转圈数不一致时，控制所述电机刹停。

5.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述多种运动模式包括：

在空行程的初始阶段，所述可动工作元件被加速至小于最大速度的速度，所述最大速度是指所述电机的最大旋转输出能够提供的所述可动工作元件的最大运动速度；并且

在空行程的中间阶段，所述可动工作元件以阶梯式减速的方式运动。

6.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述控制器中存储有第一～第四速度，按照从大到小排列为：第一速度、第二速度、第三速度、第四速度，并且

所述多种运动模式包括：

(1)快速模式：所述可动工作元件以第一速度完成空行程；

(2)节能模式：所述可动工作元件在空行程初始阶段被加速至第二速度或第三速度，在运动至空行程的预定百分比后，被减速至第四速度并以第四速度完成剩余的空行程。

7.如权利要求6所述的往复式电动工具，其特征在于，所述第一速度为所述电机的最大旋转输出能够提供的、所述可动工作元件的最大运动速度；

所述第二速度为所述第一速度的60％-80％，所述第三速度为所述第一速度的50％-60％，第四速度为第一速度的5％-30％，并且

所述预定百分比在50％-80％之间。

8.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括工具开关(80)，所述工具开关具有：

第一模式，用于允许所述可动工作元件的一次往复运动；以及

第二模式，用于调节所述可动工作元件的最大行程。

9.如权利要求1所述的往复式电动工具，其特征在于，所述电动工具为电动修枝剪，所述一对工作元件包括一个可动刀片和一个固定刀片。