CN201263135Y - 在轻扭矩范围内具多速度传动和恒定速度的无缆电动工具 - Google Patents

Abstract

一种在轻扭矩范围内具多速度范围传动装置(12)的无缆电动工具(300)，所述无缆电动工具的电动机(8)的速度被保持恒定以保持所述传动装置(12)的输出速度恒定，直到电动机功率达到该电动机的最大输出功率的预定百分比。

Description

在轻扭矩范围内具多速度传动和恒定速度的无缆电动工具

技术领域

本实用新型涉及无缆电动工具，更具体的说，涉及具有多速度传动的无缆电动工具。

背景技术

现有技术的无缆电动工具，参照图1，以附图标记1示出了一种无缆电动工具。该无缆电动工具1通常包括蛤壳式外壳2。该外壳2包括机构3以将该外壳2与电池组4连接。所述无缆电动工具1包括电气元件5，典型地包括在接线盒中(图1中未示出)，其与电池组4的相应电气元件6连接，该电气组件典型地也包括在接线盒中(图1中未示出)。所述无缆电动工具1包括扳机7，例如扳机开关并且其在此可以指扳机7，其被启动以为设置在外壳2中的电动机8供电，其在本领域中众所周知。说明性的，电动机8可以是无缆电动工具中常规使用的永磁体直流电动机。通常，若干电池9设置在电池组4中。控制器10可以设置在外壳2中以控制电动机8。所述电动工具可以包括齿轮箱12，该齿轮箱将电动机8连接到输出的，例如可调节钻卡14。

在某些无缆电动工具中，齿轮箱12包括具有多个速度范围的传动装置。例如，某些无缆钻、锤钻和具有三速传动装置的锤，例如DEWALT XRP系列钻、锤钻。一个例子是DEWALT重载XRP18V锤钻、型号DC989VA，其是具有高、中以及低速度范围的三速传动装置的可变速锤钻。所述传动装置的输出速度范围为：高速范围0-2000rpm、中速范围0到800rpm、低速范围0到500rpm。这些速度范围也可以按照它们的扭矩特性代表。例如在具有高、中和低速度范围的传动装置中，这些范围可以被称为轻、中和重扭矩范围，轻扭矩范围对应于高速范围、中扭矩范围对应于中速度范围、而低速范围对应于高扭矩范围。

电动工具的可变速控制一般通过脉冲宽度调制施加到该电动工具的电动机的电压和改变该脉冲宽度调制的占空因数以改变所述电动机的速度。图2示出了现有技术中的电动机控制电路110，该电路用于控制提供到无缆电动工具电气系统114(通过阴影框114示意性示出)中的电动机112的电力。无缆电动工具系统114被示出为可变速系统，例如将在上面所讨论类型的可变速钻、锤钻或锤中使用的。电动机112示意性的具有永磁场和绕线电枢。电动机控制电路110包括电源开关116，示意性的为触发开关，具有主电源接点118和旁路接点122。也可以选择性的具有制动接点120，其中主电源接点118和制动接点120连接在一起以便它们互相协同工作。主电源接点118通常打开而制动接点120通常关闭，而它们都是在常开接点。主电源接点118的常开侧连接到电池124的负极接点而该主电源接点118的公共侧连接到电动机控制电路110的控制器126。电动机控制电路110也包括运行电源切换装置128和续流二极管130。

运行电源切换装置128示意性的为N沟道MOSFET，其栅极连接到控制器126的输出，其源极连接到主电源接点118的公共侧而其漏极将扳机开关116的制动接点120的公共侧，连接到电动机112绕组的一侧和二极管130的阳极。如已知的那样，MOSFET具有桥接其源极和漏极的二极管，在图1中标记为二极管132。制动接点120的另一侧连接到电池124的正极侧与电动机112的绕组的另一侧和二极管130的阴极连接的相同。由于电动机112示意性的是绕组电枢/永磁场电动机，运行电源切换装置128的漏极和电池124的正极侧所连接的电动机绕组是电枢绕组。

控制器126示意性的是脉冲宽度调制器，该调制器提供脉冲宽度调制信号到具有设定频率和可变占空因数的由可变电阻控制的运行功率切换装置128的栅极。所述可变电阻示意性的是机械连接到扳机开关116的电位器119。在这点上，控制器126可以是LM555和电位器，所述LM555被配置成具有设定频率和可变占空因数由电位器控制的脉冲宽度调制器，所述电位器机械连接到扳机开关116。

在运行中，扳机开关116部分受压，打开制动接点120并在几分之一秒之后，关闭主电源接点118。这将来自电池124的电力接合到控制器126，还接合到运行电源切换装置128的源极以及接合到旁路接点122(其在此时仍然保持打开)。控制器126在运行电源切换装置128的栅极产生脉冲宽度调制信号，将其周期打开和关闭。运行电源切换装置128当周期打开和关闭时将电源与电动机112的绕组在接通和断开之间切换。提供到运行电源转换扳机开关切换装置128栅极的所述脉冲宽度调制信号的占空因数，即高多长与低多长之比，由扳机开关116被压下多远确定。(扳机开关116被压下多远决定机械连接到该开关的电位器119的可变电阻，所述电位器提供用于设定控制器126的占空因数的可变电阻。)所述脉冲宽度调制信号的占空因数确定电动机112的速度。当扳机开关116被压下更远，特别是当扳机开关116被压下到大约百分之八十的程度时，旁路接点122关闭。当旁路接点122关闭时，电源直接从电池124连接到电动机绕组并且由控制器126和运行功率切换装置128提供的可变速度控制被旁路。电动机112随后以全速运行。

二极管130，已知为续流二极管，当运行电源切换装置128从接通转换为断开时为电动机112的绕组中的电流提供了路径。然后电流在电动机112的底部通过二极管130流出所述电动机绕组(如图1中的取向)并且在电动机112的顶部流回电动机绕组(如图1中的取向)。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺点，本实用新型提供一种新型的无缆电动工具，其具有多速度范围的传动装置。在轻扭矩范围中，所述无缆电动工具的电动机的速度被保持恒定以将传动装置的输出速度保持恒定直到电动机功率达到该电动机的最大输出功率的预定百分比。在一个方面，所述预定百分比不超过最大输出功率的百分之七十五。在一个方面，所述预定百分比是最大输出功率的百分之七十。

在一个方面，当处于轻扭矩范围时所述传动装置的恒定输出速度是至少1800rpm。

在一个方面，所述电动机的最大空载速度至少比当传动装置处于轻扭矩范围时电动机所运行的恒定速度高百分之五十。

在一个方面，所述电动机的速度通过改变为电动机供电的脉冲宽度调制信号的占空因数而控制，并且当传动装置处于轻扭矩范围时当将电动机速度保持恒定时所述占空因数从百分之七十变化到百分之百。

本实用新型的优点在于，在在轻扭矩范围中，所述无缆电动工具的电动机的速度被保持恒定以将传动装置的输出速度保持恒定直到电动机功率达到该电动机的最大输出功率的预定百分比，从而可以提高作业效率。

本实用新型的其他应用范围将从下文中提供的详细描述中变得明显。应当理解，详细描述和特定例子，虽然显示了本实用新型的优选实施例，但是仅仅是用于说明的目的并不是意在限制本实用新型的范围。

附图说明

本实用新型将从详细描述和附图中被充分理解，其中：

图1是现有技术的无缆电动工具的侧截面图；

图2是现有技术的无缆电动工具中的电动机控制电路的示意图；

图3是根据本实用新型的无缆电动工具的侧截面图；

图4是示出了无缆电动工具中的速度控制的曲线，该电动工具具有多速度传动装置，其时传动装置处于轻扭矩范围；以及

图5是用于图3的无缆电动工具的电动机控制电路的示意图。

具体实施方式

下面对优选实施例的描述本质上仅仅是示例并且决不是为了限制本实用新型、其应用场合或使用。

图3示出了根据本实用新型的一个方面的无缆电动工具300。与图1中通用的元件将被标记为相同的附图标记并且仅仅讨论其区别。无缆电动工具300的齿轮箱12包括如上所述的多速度传动装置，示意性的具有三个速度范围。然而，应当理解，所述多速度传动装置可以具有多于三个的速度范围、或者两个速度范围。在一个方面，本实用新型涉及无缆电动工具300的电动机8当齿轮箱12的传动装置处于轻扭矩范围时通过电动机控制电路302的速度控制。应当理解，所述轻扭矩范围是多速度传动装置的最轻扭矩范围并且也是最高速度范围。电动机控制电路302被配置成在整个轻扭矩范围保持电动机8的速度恒定，如图4中所示，以便保持所述传动装置的输出速度并且因此保持齿轮箱12的速度恒定，直到电动机功率达到该电动机的最大输出功率的预定百分比。通过当所述传动装置处于轻扭矩范围并且电动机功率处于或低于最大输出功率的预定百分比时保持所述传动装置的输出速度以及因此保持齿轮箱12的速度为恒定，以轻扭矩范围运行时无缆电动工具300的性能得到最优化。即，当处于轻扭矩范围时不是当扭矩增大时速度降低，而是速度将保持恒定以便使用无缆电动工具的任务更快的完成。例如，如果无缆电动工具300是钻并且被用于拧紧例如2×4小螺栓，该工具以轻扭矩范围运行。通过当在轻扭矩范围时将速度保持恒定，当在拧紧2×4螺栓中无缆电动工具300上的载荷增大时，所述速度将不下降。类似，如果该工具是锤钻，其一般当被用作锤时在轻扭矩范围运行。并且锤机构一般在设定的每分钟击打数时具有最佳性能，这与来自所述传动装置的设定的速度相对应。例如，锤机构可能在每分钟击打34000下时具有最佳性能，其对应于所述传动装置2000RPM的输出速度。通过当在高速度/轻扭矩范围时将所述电动机的速度保持恒定，这将保持所述传动装置的输出速度恒定，例如2000rpm，所述锤机构以其每分钟最佳击打数运行。在这方面，锤钻当被用作锤时一般不加载到电动机功率超过预定的百分比的点，例如电动机最大输出功率的百分之七十五。

如图4中所示，无缆电动工具300的齿轮箱12中的传动装置具有三个速度范围，就扭矩而言，是轻扭矩、中扭矩和重扭矩范围。在轻扭矩范围，只要电动机功率在该电动机最大输出功率的预定百分比，所述电动机速度就被保持恒定。当电动机功率超过所述预定百分比时，电动机速度不再保持恒定，但是允许沿着该电动机的自然扭矩-速度曲线下降。如已知的，电动机的最大功率，例如永磁体直流电动机，是1/2空载速度乘以1/2堵转扭矩。

在一个方面，所述预定的百分比不超过所述电动机的最大输出功率的百分之七十五。在一个方面，预定的百分比是所述电动机的最大输出功率的百分之七十。

在一个方面，当所述传动装置处于轻扭矩范围时无缆电动工具300的齿轮箱12的传动装置的的输出速度被保持恒定，其为至少1800rpm。在一个方面，当所述传动装置处于轻扭矩范围时齿轮箱12的传动装置的输出速度被保持恒定，为至少2000rpm。在一个方面，当所述传动装置处于轻扭矩范围时齿轮箱12的传动装置的输出速度被保持横档，其为至少2500rpm。

在一个方面，无缆电动工具300的电动机控制电路302可以是脉冲宽度调制式电动机控制电路，例如图2中示出的电动机控制电路110的一个改型。图5示出了图2的电动机控制电路110的这样一种改型。相同的部件将被标记为相同的附图标记并且仅仅论述其不同之处。电动机控制电路302的控制器500包括输入端502、504、506，示意性的分别为：电动机电流电动机速度的信号指示，以及齿轮箱12的传动装置所在的档位分别为输入。输入端502、504可以示意性的连接到电动机电流传感器和电动机速度传感器，分别由框508、810示出。输入端506示意性的连接到开关512，该开关表明齿轮箱12的传动装置何时处于高速/轻扭矩范围。电动机电流传感器508和电动机速度传感器510可以是任何已知类型的电动机电流传感器和电动机速度传感器。或者输入端502、504可以仅仅连接到电动机控制电路302的一部分，该电动机控制电路产生表示所希望参数，例如电动机电流或电动机速度的信号。

在运行中，控制器500输出脉冲宽度调制信号到电动机8以驱动该电动机8。当无缆电动工具300处于轻扭矩/高速度模式时，所述控制器500根据输入端506确定，控制器500基于电动机速度输入端504的电动机速度改变所述脉冲宽度调制信号的占空因数以保持电动机8的速度。这保持齿轮箱12的传动装置的输出速度恒定，例如在2000RPM。控制器500也基于电动机电流，例如在电动机电流输入端502的输入，以及电动机速度，如在电动机速度输入端504输入确定电动机功率。如已知的，电动机电流是扭矩的表示而电动机速度是电动机电压的表示。应当理解，控制器500可以以任何确定的方式确定电动机功率。例如，电动机电压可以输入到控制器500而控制器500利用电动机电流和电动机电压确定电动机功率。当控制器500确定电动机功率达到电动机最大输出功率的预定百分比时，控制器500停止保持电动机8的速度恒定。代替地，其允许电动机8的速度遵循电动机8的自然扭矩-速度曲线。应当理解，如果无缆电动工具300是可变速电动工具，只有当扳机7处于全开的位置无缆电动工具处于高速度/轻扭矩时控制器500将保持电动机速度恒定。如果扳机7部分打开，则控制器500相应的改变电动机8的速度并允许电动机8的速度遵循该电动机8的自然扭矩速度曲线。

在一个方面，当齿轮箱12的传动装置处于轻扭矩范围时由控制器500输出到电动机8的脉冲宽度调制信号的占空因数从百分之七十到百分之百以保持所述电动机8的速度恒定。示意性的，当所述脉冲宽度调制信号的占空因数达到百分之百时电动机8达到其最大输出功率的预定百分比，例如百分之七十五。相反的，当电动机8卸载时，所述脉冲宽度调制信号的占空因数将开始随着电动机功率下降而下降到低于该电动机最大输出功率的预定百分比之下以便保持电动机速度恒定。

在一个方面，当无缆电动工具300的齿轮箱12的传动装置处于轻扭矩范围时电动机8的最大空载速度至少比该电动机8保持恒定的速度大百分之五十。示意性的，电动机8的最大空载速度也比相当的现有技术电动工具1中使用的相当尺寸的现有技术电动机8的最大空载速度大50％。这减少了当电动机8在轻扭矩范围恒速运行时电能消耗，增大了电池寿命。

本实用新型的描述本质上仅仅是示例性的，并且因此不背离本实用新型要点的变化在本实用新型的范围之内。这些变化不被认为是背离了本实用新型的精神和范围。

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2006年3月3日的美国临时申请60/779293的优先权。上述申请公开的内容通过引用并入于此。

Claims (8)

1.一种无缆电动工具，包括：

外壳；

设置在所述外壳中的电动机；

设置在所述外壳中并将所述电动机连接到输出元件的齿轮箱；

其特征在于，所述齿轮箱包括多速度传动装置，该传动装置具有多个速度范围，包括高速度/轻扭矩范围；

连接到所述电动机的控制器，该控制器控制所述电动机的速度；

当所述多速度传动装置处于高速度/轻扭矩范围时所述控制器保持电动机的输出速度恒定，直到电动机功率达到该电动机最大输出功率的预定百分比，而随后允许电动机速度遵循该电动机的自然扭矩-速度曲线。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电动工具是具有扳机的可变速电动工具，当所述多速度传动装置处于高速度/轻扭矩范围而所述扳机处于小于完全打开位置时所述控制器允许电动机速度遵循该电动机的自然扭矩-速度曲线。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器以脉冲宽度调制信号驱动所述电动机并改变所述脉冲宽度调制信号的占空因数以控制所述电动机的速度。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当保持所述电动机速度恒定时所述控制器改变脉冲宽度调制信号的占空因数从百分之七十开到百分之百开。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电动工具是具有扳机的可变速钻，当所述多速度传动装置处于高速度/低扭矩范围所述扳机处于小于完全打开位置时，所述控制器允许电动机速度遵循该电动机的自然扭矩-速度曲线。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，电动机的最大功率的预定百分比是百分之七十五。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述多速度传动装置处于高速度/低扭矩范围时所述控制器保持电动机的速度恒定时，所述电动机的最大空载速度至少比该电动机被保持速度恒定的速度大百分之五十。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，电动机的最大空载速度至少比相当的现有技术电动工具中使用的现有技术电动机的最大空载速度大百分之五十。

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