CN219444993U

CN219444993U - 动力工具

Info

Publication number: CN219444993U
Application number: CN202190000339.5U
Authority: CN
Inventors: G·穆克尔; Z·G·斯坦克; J·R·埃布纳; T·R·奥伯曼; R·B·吉普
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: EP4106952A4; WO2021167880A1; US20210252652A1; WO2021167880A8; EP4106952A1; US11919117B2; JP2023515432A

Abstract

一种动力工具。一个实施例提供了一种动力工具（100，200，300），该动力工具包括：壳体（105，205，305）；钻头接纳部分（130，240，355），该钻头接纳部分设置在壳体（105，205，305）上、用于接纳动力工具钻头；马达（505），该马达在壳体（105，205，305）内、被配置成使钻头接纳部分（130，240，355）旋转；以及控制器（500），该控制器联接至马达（505）。控制器（500）被配置成进入电子主轴锁模式并且检测钻头接纳部分（130，240，355）在第一方向上的旋转。控制器（500）还被配置成响应于检测到钻头接纳部分（130，240，355）在第一方向上的旋转而控制马达（505）在第二方向上旋转。

Description

动力工具

相关申请

本申请要求于2020年2月17日提交的美国临时专利申请号62/977,596的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过援引特此并入。

技术领域

本实用新型涉及一种动力工具，尤其涉及一种包括电子主轴锁的动力工具。

背景技术

常规的动力工具包括接纳动力工具的工具钻头的夹头。夹头包括夹头卡爪以固持工具钻头。为了接纳工具钻头，由用户手动地旋转夹头以松开夹头卡爪。在将工具钻头放置在夹头卡爪之间后，再次旋转夹头，以将夹头卡爪在工具钻头周围收紧。

实用新型内容

常规地提供机械主轴锁来抵抗或阻止动力工具传动系在用户手动地向夹头施加扭矩以收紧或松开夹头卡爪时旋转。机械主轴锁是添加在动力工具传动系与夹头之间的机械部件。因此，机械主轴锁会增添动力工具的整体设计的长度、成本和复杂性。

本文所描述的实施例提供了一种降低动力工具的整体设计的长度、成本和复杂性的主轴锁定技术。

本文所描述的动力工具包括：壳体；钻头接纳部分，该钻头接纳部分设置在壳体上；马达，该马达在壳体内、被配置成使钻头接纳部分旋转；以及控制器，该控制器联接至马达。控制器被配置成进入电子主轴锁模式并且响应于进入电子主轴锁模式而激活主轴锁控制回路。主轴锁控制回路包括：检测钻头接纳部分在第一方向上的旋转；以及响应于检测到钻头接纳部分在第一方向上的旋转而控制马达在第二方向上旋转。

在一些方面，动力工具进一步包括触发器，其中，控制器被进一步配置成当触发器为了停止动力工具的操作而被释放时，进入电子主轴锁模式。

在一些方面，控制器被进一步配置成：确定动力工具停止；响应于确定动力工具停止而激活主轴锁控制回路；在激活主轴锁控制回路之后的延迟时间，使用一个或多个传感器检测动力工具的移动；以及当在延迟时间之后没有检测到动力工具的移动时，进入睡眠模式。

在一些方面，一个或多个传感器包括选自由以下各项组成的组中的至少一项：加速度计、电容式传感器和电感式传感器。

在一些方面，在睡眠模式下，主轴锁控制回路停用。

在一些方面，控制器被进一步配置成：当处于睡眠模式时，确定接收到唤醒信号；当从触发器接收到唤醒信号时，进行正常马达操作；以及当从一个或多个传感器接收到唤醒信号时，激活主轴锁控制回路。

在一些方面，正常马达操作包括根据触发器的触发器扣动控制马达。

在一些方面，动力工具进一步包括电子主轴锁按钮，其中，控制器被进一步配置成当电子主轴锁按钮被致动时，进入电子主轴锁模式。

在一些方面，钻头接纳部分在第一方向上的旋转是基于对指示钻头接纳部分的旋转的参数进行感测来检测的。

在一些方面，参数是转子位置。

在一些方面，马达在第二方向上旋转以维持静态旋转位置。

在一些方面，控制器被进一步配置成实行电子主轴锁模式的最大时间限制，使得主轴锁控制回路在最大时间限制之后停用。

在一些方面，电子处理器被进一步配置成：当处于电子主轴锁模式时，检测脉冲；以及响应于检测到脉冲而禁用主轴锁控制回路。

在一些方面，动力工具进一步包括电池组，该电池组向马达提供操作电力。

在一些方面，电子处理器被进一步配置成：检测电池组的电压水平；以及响应于电压水平低于预定低电压阈值而禁用主轴锁控制回路。

本文所描述的动力工具包括：壳体；钻头接纳部分，该钻头接纳部分设置在壳体上；马达，该马达在壳体内、被配置成使钻头接纳部分旋转；以及控制器，该控制器联接至马达。控制器被配置成进入电子主轴锁模式，以及响应于进入主轴锁模式而将马达控制为制动器。马达响应于施加到钻头接纳部分的扭矩而产生反扭矩。

在一些方面，将马达控制为制动器包括使马达的马达绕组短路。

在一些方面，动力工具进一步包括金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），该MOSFET连接在马达绕组之间。

在一些方面，动力工具进一步包括电池组，该电池组向马达提供操作电力，其中，MOSFET是耗尽型MOSFET，其中，当电池组被移除时，耗尽型MOSFET是常闭的，并且其中，控制器被进一步配置成当电池组连接至动力工具时，打开耗尽型MOSFET。

在一些方面，动力工具进一步包括电池组，该电池组向马达提供操作电力，其中，马达进一步包括次级绕组，这些次级绕组被配置成在钻头接纳部分相对于壳体旋转并且电池组与动力工具断开连接时产生电压。

在一些方面，次级绕组上的电压用于给电容器充电，并且其中，当电容器被充分充电时，电容器用于使马达的马达绕组短路。

本文所描述的用于操作动力工具的电子主轴锁的方法包括：使用动力工具的控制器进入电子主轴锁模式；以及响应于进入电子主轴锁模式而使用控制器激活主轴锁控制回路。主轴锁控制回路包括：检测动力工具的钻头接纳部分在第一方向上的旋转；以及响应于检测到钻头接纳部分在第一方向上的旋转而控制动力工具的马达在第二方向上旋转。

在一些方面，方法进一步包括：使用控制器检测动力工具的触发器为了停止动力工具的释放；以及当触发器被释放时，进入电子主轴锁模式。

在一些方面，方法进一步包括：确定动力工具停止；响应于确定动力工具停止而激活主轴锁控制回路；在激活主轴锁控制回路之后的延迟时间，使用一个或多个传感器检测动力工具的移动；以及当在延迟时间之后没有检测到动力工具的移动时，进入睡眠模式。

在一些方面，方法进一步包括在睡眠模式下，停用主轴锁控制回路。

在一些方面，方法进一步包括：当处于睡眠模式时，确定接收到唤醒信号；当从触发器接收到唤醒信号时，进行正常马达操作；以及当从一个或多个传感器接收到唤醒信号时，激活主轴锁控制回路。

在一些方面，方法进一步包括：检测电子主轴锁按钮的致动；以及当电子主轴锁按钮被致动时，进入电子主轴锁模式。

在一些方面，方法进一步包括：钻头接纳部分在第一方向上的旋转是基于对指示钻头接纳部分的旋转的参数进行感测来检测的。

在一些方面，参数是转子位置。

在一些方面，马达在第二方向上旋转以维持静态旋转位置。

在一些方面，方法进一步包括实行电子主轴锁模式的最大时间限制，使得主轴锁控制回路在最大时间限制之后停用。

在一些方面，方法进一步包括：当处于电子主轴锁模式时，检测脉冲；以及响应于检测到脉冲而禁用主轴锁控制回路。

在一些方面，方法进一步包括：检测向马达提供操作电力的电池组的电压水平；以及响应于电压水平低于预定低电压阈值而禁用主轴锁控制回路。

本文所描述的用于操作动力工具的电子主轴锁的方法包括：使用动力工具的控制器进入电子主轴锁模式；以及响应于进入主轴锁模式而使用控制器将动力工具的马达控制为制动器，其中，马达响应于施加到钻头接纳部分的扭矩而产生反扭矩。

在一些方面，方法进一步包括将金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）连接在马达绕组之间。

在一些方面，MOSFET是耗尽型MOSFET，当动力工具的电池组被移除时，耗尽型MOSFET是常闭的，并且方法进一步包括当电池组连接至动力工具时，打开耗尽型MOSFET。

在一些方面，方法进一步包括当钻头接纳部分相对于动力工具的壳体旋转时并且当动力工具的电池组与动力工具断开连接时，在马达的次级绕组上产生电压。

在一些方面，方法进一步包括：使用次级绕组上的电压给电容器充电；以及当随后电容器被充分充电时，使马达的马达绕组短路。

本文所描述的动力工具包括：壳体；钻头接纳部分，该钻头接纳部分设置在壳体上、用于接纳动力工具钻头；马达，该马达在壳体内、被配置成使钻头接纳部分旋转；以及控制器，该控制器联接至马达。控制器被配置成进入电子主轴锁模式以及检测钻头接纳部分在第一方向上的旋转。控制器还被配置成响应于检测到钻头接纳部分在第一方向上的旋转而控制马达在第二方向上旋转。

提供本文所描述的方法以用于操作动力工具的电子主轴锁。方法包括：使用动力工具的控制器进入电子主轴锁模式；以及检测动力工具的钻头接纳部分在第一方向上的旋转。方法还包括响应于检测到钻头接纳部分在第一方向上的旋转而使用控制器控制动力工具的马达在第二方向上旋转。

提供本文所描述的方法以用于操作动力工具的电子主轴锁。方法包括：使用动力工具的控制器进入电子主轴锁模式；以及响应于进入电子主轴锁模式而将动力工具的马达配置为制动器。方法还包括响应于施加到钻头接纳部分的扭矩而使用马达产生反扭矩。

在详细解释任何实施例之前，应该理解的是，实施例并不将其应用限制于以下说明中阐述的或在附图中展示的配置细节和部件布置。实施例能够以多种不同的方法来实践或实施。还应理解的是，本文使用的措辞和术语是出于说明的目的，而不应被视为是限制性的。“包括（including）”、“包括（comprising）”或“具有”、及其变型的使用意指涵盖了下文列出的项及其等同物、以及附加项。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”、及其变型被广泛使用，并且涵盖直接安装、连接、支撑和联接和间接安装、连接、支撑和联接两种情况。

另外，应理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，这些部件或模块可以被展示和描述为好像大多数部件仅在硬件中实施。然而，本领域的普通技术人员基于对这个详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元（比如，微处理器和/或专用集成电路（“ASIC”））执行的软件（例如，存储在非暂态计算机可读介质上）中实施。这样，应注意的是，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实施实施例。例如，说明书中描述的“服务器”和“计算装置”可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口以及连接部件的各种连接件（例如，系统总线）。

通过考虑详细说明和附图，本实施例的其他方面将变得清楚。

附图说明

图1展示了根据一些实施例的手持式动力工具。

图2A和图2B展示了根据一些实施例的手持式动力工具。

图3A和图3B展示了根据一些实施例的手持式动力工具。

图4展示了根据一些实施例的给图1至图3的动力工具供电的电池组。

图5展示了根据一些实施例的用于动力工具的控制系统。

图6是根据一些实施例的用于操作电子主轴锁的方法的流程图。

图7是根据一些实施例的用于操作电子主轴锁的方法的流程图。

图8展示了根据一些实施例的主轴锁控制回路。

图9展示了根据一些实施例的在图1至图5的手持式动力工具上观察到的扭矩特征。

图10展示了根据一些实施例的在图1至图5的手持式动力工具上观察到的扭矩特征。

图11展示了根据一些实施例的在图1至图5的手持式动力工具上观察到的扭矩特征。

具体实施方式

本文所描述的实施例涉及一种电子主轴锁，该电子主轴锁是通过控制动力工具马达抵抗或阻止该动力工具的传动系在钻头接纳部分旋转时移动而实施的。

图1所展示的无绳手持式动力工具是锤钻/驱动器（“锤钻”）100。锤钻100包括上部主体105、手柄部分110、电池组接纳部分115、模式选择部分120（例如，用于在钻进模式、驱动模式、锤击模式等之间进行选择）、扭矩调节盘或环125、输出驱动装置或机构（例如，夹头）130、前进倒退选择按钮135、以及触发器140。电池组接纳部分115接纳电池组（例如，图4的电池组400）。夹头130接纳用于由锤钻100进行的钻进操作和驱动操作的多个工具钻头之一。夹头130包括夹头卡爪150，这些夹头卡爪打开和关闭（例如，松开和收紧）以接纳和释放工具钻头。为了打开夹头卡爪150，用户手动地在第一或逆时针方向上旋转夹头130。为了关闭夹头卡爪150，用户手动地在第二或顺时针方向上旋转夹头130。常规的锤钻包括机械主轴锁，该机械主轴锁设置在夹头130与动力工具传动系之间以抵抗或阻止传动系在用户手动地旋转夹头130时旋转。在本实用新型的锤钻100中，可以去除机械主轴锁。

图2A和图2B所展示的无绳手持式动力工具是锯（例如，圆锯）200。圆锯200包括锯主体205、手柄部分215、电池组接纳部分220、主轴锁按钮225、触发器230、刀片螺栓240、刀片法兰盘245、以及刀片附件250。电池组接纳部分220接纳电池组（例如，图4的电池组400）。如图2B所示，刀片附件250设置在刀片法兰盘245与主轴255之间。刀片螺栓240将刀片法兰盘245和刀片附件250固紧至主轴255。主轴255通过圆锯200的马达旋转，以使刀片附件250旋转来进行切割操作。为了移除刀片附件250，用户按下主轴锁按钮225并且在按住主轴锁按钮225的同时使用与圆锯200一起提供的扳手在逆时针方向上手动地旋转刀片螺栓240。为了安装刀片附件250，用户将刀片附件250放置在主轴255上并且在按住主轴锁按钮225的同时使用扳手在顺时针方向上手动地旋转刀片螺栓240。主轴锁按钮225激活机械主轴锁机构（未示出），以抵抗或阻止主轴255在用户手动地拧紧或松开刀片螺栓240时旋转。在本实用新型的圆锯200中，可以去除机械主轴锁机构。

图3所展示的无绳手持式动力工具是研磨机300。研磨机300包括研磨机主体305、手柄部分310、侧手柄315、电池组接纳部分320、主轴锁按钮325、触发器330、防护件335、以及研磨机附件（例如，研磨轮、砂磨盘等）340。电池组接纳部分320接纳电池组（例如，图4的电池组400）。如图3B所示，研磨机附件340设置在主轴345上、在法兰盘350与法兰盘螺母355之间。法兰盘螺母355将研磨机附件340固紧至主轴345。主轴345通过研磨机300的马达旋转，以使研磨机附件340旋转来进行研磨或砂磨操作。为了移除研磨机附件340，用户按下主轴锁按钮325并且在按住主轴锁按钮325的同时在逆时针方向上手动地旋转法兰盘螺母355。为了安装研磨机附件340，用户将研磨机附件340放置在主轴345上并且在按住主轴锁按钮325的同时在顺时针方向上手动地旋转法兰盘螺母355。主轴锁按钮325激活机械主轴锁机构（未示出），以抵抗或阻止主轴在用户手动地拧紧或松开法兰盘螺母355时旋转。在本实用新型的研磨机300中，可以去除机械主轴锁机构。

图4展示了电池组400，该电池组包括壳体405以及用于将电池组400连接至装置（例如，动力工具100、200、300）的接口部分410。在一些实施例中，电池组400的标称电压为约18伏特（V）并且最大电压为约20 V。在其他实施例中，电池组400可以具有其他标称电压和最大电压（例如，12 V - 14.4 V、36 V - 40 V等）。同一电池组400可以用于为动力工具装置100、200、300中的每个动力工具装置供以电力。因此，单个电池组400为整个动力工具系统供以电力，从而允许在不同的动力工具100、200、300之间的兼容性。

图5展示了用于动力工具100、200、300的控制系统。控制系统包括控制器500。控制器500电连接和/或通信地连接至动力工具100、200、300的各种模块或部件。例如，所展示的控制器500电连接至马达505、电池组接口510、（连接至触发器520的）触发器开关515、一个或多个传感器或感测电路525、一个或多个指示器530、用户输入模块535、电力输入模块540、和FET切换模块550（例如，包括多个切换FET）。控制器500包括硬件和软件的组合，这些硬件和软件可操作以尤其控制动力工具100、200、300的操作、监测动力工具100、200、300的操作、激活一个或多个指示器530（例如，LED）等。

控制器500包括为控制器500和/或动力工具100、200、300内的部件和模块提供电力、操作性控制和保护的多个电气部件和电子部件。例如，控制器500尤其包括处理单元555（例如，微处理器、微控制器、电子处理器、电子控制器、或另一合适的可编程装置）、存储器560、输入单元565和输出单元570。处理单元555尤其包括控制单元575、ALU 580和多个寄存器585（在图5中示出为一组寄存器），并且是使用已知的计算机架构（例如，经修改的哈佛架构、冯·诺依曼架构等）实施的。处理单元555、存储器560、输入单元565和输出单元570、以及连接至控制器500的各个模块或电路通过一个或多个控制总线和/或数据总线（例如，公共总线590）进行连接。出于展示性目的，控制总线和/或数据总线在图5中笼统地示出。鉴于本文所描述的实施例，将一个或多个控制总线和/或数据总线用于各种模块、电路和部件之间的互连和通信将会是本领域技术人员已知的。在一些实施例中，控制器500部分或全部在现场可编程门阵列（FPGA）、专用集成电路（ASIC）等上实施。

存储器560是非暂态计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型存储器的组合，比如ROM、RAM（例如，DRAM、SDRAM等）、EEPROM、闪速存储器、硬盘、SD卡或其他合适的磁存储器装置、光存储器装置、物理存储器装置或电子存储器装置。处理单元555连接至存储器560并执行软件指令，这些软件指令能够存储在存储器560的RAM（例如，在执行期间）、存储器560的ROM（例如，在通常永久的基础上）或者比如另一存储器或盘等的另一非暂态计算机可读介质中。动力工具100、200、300的实施方式中包括的软件可以存储在控制器500的存储器560中。该软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、滤波器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。控制器500被配置成从存储器560检索并且尤其执行与本文所描述的控制过程和方法有关的指令。在其他构造中，控制器500包括附加的部件、更少的部件或不同的部件。

电池组接口510包括机械部件（例如，轨道、凹槽、闩锁等）和电气部件（例如，一个或多个端子）的组合，这些机械部件和电气部件被配置成并且可操作用于将动力工具100、200、300与电池组（例如，电池组400）接口连接（例如，机械地、电气地和通信地连接）。例如，由电池组400提供给动力工具100、200、300的电力通过电池组接口510提供给电力输入模块540。电力输入模块540包括有源部件和无源部件的组合，以在将从电池组400接收的电力提供给控制器500之前调节或控制该电力。电池组接口510还向要由切换FET进行切换的FET切换模块550提供电力，以向马达505选择性地提供电力。电池组接口510还包括例如通信线路595，该通信线路用于在控制器500与电池组400之间提供通信线路或链路。

指示器530包括例如一个或多个发光二极管（“LED”）。指示器530可以被配置成显示动力工具100、200、300的状况或与其相关联的信息。例如，指示器530被配置成指示动力工具100、200、300的测得的电特性、装置的状态等。用户输入模块535可操作地联接至控制器500，以例如选择前进操作模式或倒退操作模式、（例如，使用扭矩和/或速度开关）选择动力工具100、200、300的扭矩和/或速度设置等。在一些实施例中，用户输入模块535包括数字输入或输出装置和模拟输入或输出装置的组合，该数字输入或输出装置和该模拟输入或输出装置是实现动力工具100、200、300的期望操作水平所需的，比如一个或多个旋钮、一个或多个拨盘、一个或多个开关、一个或多个按钮等。

例如，马达505是无刷型直流（BLDC）马达。给到马达505的操作电力是通过FET切换模块550提供的。控制器500控制FET切换模块550以控制递送至马达505的电力量，以基于由控制器500接收到的一个或多个输入来使马达旋转。例如，控制器500接收来自触发器520的触发器扣动量和来自马达505的霍尔效应传感器的转子位置，以控制FET切换模块550的FETS的激活和脉冲宽度调制（PWM）占空比。PWM占空比可以与触发器扣动量成比例地控制，以基于触发器扣动提供马达505的各种操作速度。

触发器开关515联接至触发器520（例如，触发器140、230、330），以控制通过FET切换模块550提供给马达505的电力。在一些实施例中，由触发器开关515检测到的触发器扣动量与马达505的期望旋转速度相关或相对应。在其他实施例中，由触发器开关515检测到的触发器扣动量与期望扭矩相关或相对应。

如上文所讨论的，机械主轴锁机构用在常规的动力工具中以抵抗或阻止传动系（例如，主轴255、345）在钻头接纳部分（例如，夹头130、刀片螺栓240和法兰盘螺母355）被用户手动地旋转时旋转。然而，机械主轴锁机构增添了动力工具100、200、300的规格、成本和复杂性。动力工具100、200、300的实施例消除了对机械主轴锁的需要。替代地，动力工具100、200、300通过控制马达505抵抗或阻止传动系在钻头接纳部分旋转时移动而实施了一种电子主轴锁。

图6是用于操作动力工具100、200、300的电子主轴锁的示例方法600的流程图。在所展示的示例中，方法600包括进入电子主轴锁模式（在方块610处）。在一些实施例中，可以通过控制器500自动地进入电子主轴锁模式。例如，当触发器为了停止动力工具100的操作而被释放时，动力工具100进入电子主轴锁模式。控制器500检测到触发器被释放并进入电子主轴锁模式。在其他实施例中，例如基于用户输入手动地进入电子主轴锁模式。例如，当主轴锁按钮225、325被用户致动时，动力工具200、300可以进入电子主轴锁模式。在一个示例中，只有在主轴锁按钮225、325被致动的同时才激活电子主轴锁模式。在其他示例中，当用户致动主轴锁按钮225、325时，动力工具200、300在电子主轴锁模式与正常模式（例如，主轴没有被锁定并且马达与工具钻头一起旋转的模式）之间切换。在一些示例中，主轴锁按钮225、325可以是允许用户基于主轴锁按钮225、325的位置在电子主轴锁模式与正常模式之间进行选择的两位开关。

方法600还包括使用传感器525检测钻头接纳部分（例如，夹头130、刀片螺栓240或法兰盘螺母355）在第一方向上的旋转（在方块620处）。检测钻头接纳部分的旋转包括例如检测钻头接纳部分相对于动力工具100、200、300的壳体的旋转。可以基于对指示钻头接纳部分的旋转的参数进行感测来检测旋转。在一些实施例中，参数是马达505的转子位置。钻头接纳部分的旋转可以包括马达505的转子的旋转。转子的这种旋转可以用于检测钻头接纳部分正在第一方向（例如，逆时针方向或顺时针方向）上旋转。在带传感器的无刷型马达中（例如，该无刷型马达包括用于检测转子位置的霍尔效应传感器），可以使用霍尔效应传感器来监测钻头接纳部分的旋转。在无传感器的无刷型马达中（例如，该无刷型马达不包括霍尔效应传感器），可以使用在马达505的线圈中的一个或多个线圈中感应出的电压来监测钻头接纳部分的旋转。在其他实施例中，参数是主轴位置。霍尔效应传感器或旋转编码器可以与主轴255、345一起提供以检测主轴的旋转。在一些实施例中，参数可以是在主轴255、345或马达505上诱发的扭矩。可以使用例如动力工具100、200、300的扭矩传感器来测量扭矩。

方法600进一步包括响应于检测到钻头接纳部分在第一方向上的旋转（在方块620处）来使用控制器500控制马达505在第二方向上旋转。第二方向与第一方向相反。例如，当钻头接纳部分在逆时针方向上旋转时，马达在顺时针方向上旋转，反之亦然。控制器500控制马达505的旋转与钻头接纳部分的旋转相反。将马达505控制为维持静态旋转位置（即，0RPM）。如上文所描述，控制器500可以向FET切换模块550提供PWM信号以控制马达505的旋转。控制器500接收来自旋转位置传感器（例如，带传感器的马达中的霍尔效应传感器以及无传感器的马达中的电压传感器）的反馈，并且使用来自该旋转位置传感器的反馈来维持马达505的旋转位置。

重复方法600、具体地重复方块610和方块620以维持马达505的旋转位置。重复方法600，直到自动地退出或基于用户输入手动地退出电子主轴锁模式为止。

图7是用于操作动力工具100、200、300的电子主轴锁的示例方法700的流程图。在所展示的示例中，方法700包括使用控制器500确定动力工具100、200、300停止（在方块710处）。控制器500可以持续监测触发器开关515以确定触发器是否正在被扣动。当控制器500没有接收到来自触发器开关515的触发器信号时，控制器500确定动力工具100、200、300停止。在一些实施例中，控制器500基于马达505的旋转位置传感器确定动力工具100、200、300停止。具体地，控制器500基于确定马达505静止（附加于或替代于确定触发器520没有被扣动）来确定动力工具100、200、300停止。

方法700还包括响应于确定工具停止而使用控制器500激活主轴锁控制回路（在方块720处）。如上文参考图6所描述的，当工具停止时，动力工具100、200、300进入电子主轴锁模式。当处于主轴锁控制回路中时，控制器500监测钻头接纳部分的旋转。控制器500可以执行主轴锁控制回路以维持马达505的旋转位置，如下文所描述。在一些实施例中，在方法600的方块610和方块620中，控制器500实施主轴锁控制回路。

方法700包括在激活主轴锁控制回路之后使用控制器500等待延迟时间（在方块730处）。控制器500在等待延迟时间之前或同时执行主轴锁控制回路。在一些实施例中，在工具停止后，控制器500启动针对延迟的定时器。在一些实施例中，延迟时间可以在制造期间预编程到控制器500中。在一些实施例中，延迟时间可以是用户使用所连接的智能装置（例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机、可穿戴装置等）上的应用程序可定制的。

方法700包括在延迟时间之后使用控制器500将传感器配置成检测动力工具100、200、300的移动（在方块740处）。例如，动力工具100、200、300包括用于检测动力工具100、200、300的移动的加速度计。加速度计可以在正常操作期间停用。在延迟定时器到期之后，控制器500可以激活加速度计以检测动力工具100、200、300的移动或将该加速度计配置成检测这些动力工具的移动。方法700包括在延迟时间之后且如果没有检测到工具100、200、300的移动，则使用控制器500进入睡眠模式（在方块750处）。在睡眠模式下，控制器500停用主轴锁控制回路以保存电池。如果在方块740处检测到工具100、200、300的移动，则方法进行至方块760。

方法700包括使用控制器500确定是否接收到唤醒信号（在方块760处）。例如，当加速度计检测到动力工具100、200、300的移动时，控制器500可以从加速度计接收到唤醒信号。当触发器520被扣动时，控制器500也可以接收到唤醒信号。方法700包括使用控制器500确定是否从触发器接收到唤醒信号（在方块770处）。当从触发器520接收到唤醒信号时，方法700包括使用控制器500进行正常马达操作（在方块780处）。正常马达操作可以包括根据触发器扣动来控制马达和/或不进行如上文所描述的对主轴锁的马达控制。当没有从触发器520接收到唤醒信号时，即当从加速度计或另一个传感器接收到唤醒信号时，方法700返回至方块720以激活主轴锁控制回路。

如上文所讨论的，当动力工具100、200、300进入电子主轴锁模式（即，锁定模式）时，动力工具100、200、300的行为就像常规的机械主轴锁被激活一样。电子主轴锁是根据主轴锁控制回路激活的。图8展示了示例主轴锁控制回路800。在所展示的示例中，主轴锁控制回路800是比例积分回路。主轴锁控制回路800使用四象限马达控制在钻头接纳部分运动的相反方向上施加扭矩以位维持马达505的物理位置。主轴锁控制回路800由控制器500来执行。

执行主轴锁控制回路800，以向马达505提供控制信号，使马达505在电子主轴锁模式下操作。从马达505接收反馈信号，并且使用这些反馈信号提供控制信号以操作马达505。反馈信号包括例如位置反馈信号805和速度反馈信号810。在带传感器的无刷型马达中，基于来自带传感器的无刷型马达的传感器（例如，霍尔效应传感器）的读数接收位置反馈信号805和速度反馈信号810。例如，霍尔效应传感器向控制器500指示马达505的转子的位置。基于位置信号，控制器500可以确定马达505的转子的位置和速度。在无传感器的无刷型马达中，基于来自无传感器的无刷型马达的电压传感器的读数接收位置反馈信号805和速度反馈信号810。电压传感器检测在无源绕组中的一个或多个无源绕组中感应出的反电动势并且向控制器500提供反电动势的指示。控制器500基于来自电压传感器的反电动势信号来确定马达505的转子的位置和速度。电压传感器可以检测马达505的主绕组中或马达505的次级专用绕组中的反电动势。在一些实施例中，也可以使用检测主轴或输出轴的移动的外部旋转编码器来检测位置和速度。

主轴锁控制回路800包括位置方块815，该位置方块存储转子的预期位置。例如，控制器500可以检测转子在工具停止时的位置并且将检测到的位置存储在存储器560中。位置方块815检索并输出存储在存储器560中的预期位置信息820。主轴锁控制回路800包括第一误差估计器825，该第一误差估计器接收来自位置方块815的预期位置信息820以及位置反馈信号805。第一误差估计器825输出位置误差信号830，该位置误差信号向位置回路控制器835指示转子的预期位置与实际位置之间的差异。位置回路控制器835基于位置误差信号830输出预期速度信息840。

主轴锁控制回路800包括第二误差估计器845，该第二误差估计器接收来自位置回路控制器835的预期速度信息840以及速度反馈信号810。第二误差估计器845输出速度误差信号850，该速度误差信号向速度回路控制器855指示转子的预期速度与实际速度之间的差异。速度回路控制器855基于速度误差信号850输出预期电流信息860。

主轴锁控制回路800包括第三误差估计器865，该第三误差估计器接收来自速度回路控制器855的预期电流信息860以及电流反馈信号870。电流传感器可以由马达505提供，以检测流向马达505或FET切换模块550的电流量。电流传感器联接至控制器500，以向控制器500提供电流信息。控制器500基于从电流传感器接收到的电流信号确定流向马达的电流。第三误差估计器865输出电流误差信号875，该电流误差信号向电流回路控制器880指示流向马达505的预期电流与实际电流之间的差异。电流回路控制器880将PWM控制信号885输出至PWM放大器890。

PWM放大器890放大来自电流回路控制器880的PWM控制信号885以输出经放大的PWM控制信号895。将经放大的PWM控制信号895提供给FET切换模块550，以控制马达505的操作以实行如上文所描述的主轴锁。

在一些实施例中，控制器500对马达505被控制用于主轴锁的时长实行最大时间限制以保存电池。例如，在动力工具100、200、300在袋中或在卡车后面中运输的情况下，移动可能会使加速度计检测到动力工具100、200、300被拾起。在一些情况下，移动也可能会使控制器500检测到扭矩正施加到钻头接纳部分。在这些情况下，控制器可以施加扭矩，以维持旋转位置持续该最大时间限制（例如，持续最多30秒）。在其他实施例中，加速度计可以是仅检测由于用户所致的软性动力工具移动的低功率加速度计。在这些实施例中，可能不需要最大时间限制。

在一些实施例中，当控制器500检测到多个快速且短暂的脉冲时，禁用电子主轴锁。图9展示了当用户正在向钻头接纳部分施加扭矩、但无法移除工具钻头时检测到的示例扭矩特征900。图10展示了当用户正在向钻头接纳部分施加扭矩、且成功移除工具钻头时检测到的示例扭矩特征1000。然而，当动力工具100、200、300例如在袋中或在卡车中运输时，检测到如图11所示的快速且短暂的脉冲1100。当控制器500检测到快速且短暂的脉冲1100时，控制器500可以禁用电子主轴锁，使得转子可以与钻头接纳部分一起旋转（例如，当用户没有抓握动力工具100、200、300时）。

在一些实施例中，代替加速度计或除了加速度计之外，动力工具100、200、300可以在动力工具100、200、300的手柄或钻头接纳部分两者之一中包括电容式传感器或电感式传感器。电容式传感器或电感式传感器检测用户何时正在抓握手柄或钻头接纳部分，并且向控制器500提供信号。在一些实施例中，控制器500仅响应于检测到用户正在抓握手柄或钻头接纳部分而启用电子主轴锁。

在一些实施例中，钻头接纳部分包括陀螺仪，该陀螺仪用于监测用户抓握并旋转夹头以移除或更换工具钻头。陀螺仪读数可以用于检测何时进入电子主轴锁模式，而且还可以用于检测如上文所描述的钻头接纳部分在第一方向上的旋转。在一些实施例中，动力工具100、200、300包括气压传感器，该气压传感器用于检测动力工具100、200、300上的孔何时被覆盖。来自气压传感器的读数可以用于检测何时进入如上文所描述的电子主轴锁模式。例如，气压传感器设置在动力工具100、200、300的手柄、钻头接纳部分和/或另一个部件上。

在一些实施例中，使用人机接口（HMI）元件来检测用户抓握着钻头接纳部分。例如，可以使用按压按钮，以使得用户能够选择电子主轴锁模式。在一些实施例中，使用光管来检测用户抓握着动力工具100、200、300。光检测器可以与光管一起用于确定何时进入如上文所描述的电子主轴锁模式。例如，光管和光检测器设置在动力工具100、200、300的手柄、钻头接纳部分和/或另一个部件中。在一些实施例中，使用机械系统来感测由于用户移动钻头接纳部分以进入主轴锁模式而引起的反向驱动力。

在一些实施例中，电子主轴锁仅在电池组400被充电到高于低电压阈值时才被启用。在其他实施例中，电子主轴锁仅在电池组400被充电到低于低电压阈值、但高于深度放电阈值时才被启用。在这些实施例中，当电池组400被充电到低于深度放电阈值时，电子主轴锁被禁用。

在一些实施例中，电子主轴锁可以采用与上文所描述的方式不同的其他方式实施。附加于或替代于上文所描述的有源马达控制实施例，可以实施下文所描述的实施例。具体地，当动力工具100、200、300没有联接至电池组400时，或者当动力工具100、200、300没有被电池组400供电时，下文所描述的实施例是适用的。例如，可以使马达绕组短路以实施电子主轴锁。也就是说，马达505响应于进入主轴锁模式而被配置为制动器。可以在动力工具100、200、300没有连接至电池组400时使马达绕组短路。因此，当扭矩施加到钻头接纳部分时，马达提供足够的阻力（即，反扭矩）以防止转子旋转并且由此防止主轴旋转。使马达绕组短路可以通过使用耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）来实施。耗尽型MOSFET是常闭的，使得耗尽型MOSFET在电池组400与动力工具100、200、300断开连接时保持关闭。耗尽型MOSFET可以与在FET切换模块550的低侧上使用的N沟道增强型MOSFET并联连接。当电池组400与动力工具100、200、300断开连接时，耗尽型MOSFET的栅极-源极电压（Vgs）为零。耗尽型MOSFET在关闭时在马达505两端形成短路并且对马达505产生制动效果。当连接了电池组400时，耗尽型MOSFET打开，由此允许马达基于触发器扣动正常地操作。相应地，当电池组400被移除时，通过使马达绕组短路来实施电子主轴锁。当连接了电池组400时，通过上文所描述的比例积分控制回路来实施电子主轴锁。

在一些实施例中，向马达505增添带有附加的模拟电路系统的次级绕组。次级绕组在马达505（例如，由于工具钻头或主轴的旋转而）旋转并且电池组400与动力工具100、200、300断开连接时快速地产生电压。次级绕组上的电压可以用于给模拟电路的电容器充电。当电容器被充分充电时，可以使用电容器来关闭FET切换模块550的低侧MOSFET。关闭的低侧MOSFET在马达505两端形成类似于耗尽型MOSFET的低电阻回路。低电阻回路充当马达505的制动器，由此允许用户在不会使转子旋转的情况下旋转钻头接纳部分。当电池组400连接至动力工具100、200、300时，控制器500可以禁用模拟电路，从而防止低侧MOSFET在操作期间意外短路。

在一些实施例中，当电池组400与动力工具100、200、300断开连接并且检测到马达旋转时，可以使用小型电池（例如，纽扣电池）使低侧MOSFET短路。小型电池可以是可以在下一次电池组400连接至动力工具100、200、300时充电的可再充电电池。

因此，本文所描述的实施例提供了一种用于动力工具的电子主轴锁。在所附权利要求中阐述了各种特征和优点。

Claims

1.一种动力工具，包括：

壳体；

钻头接纳部分，该钻头接纳部分设置在该壳体上；

马达，该马达在该壳体内、被配置成使该钻头接纳部分旋转；以及

控制器，该控制器联接至该马达，其特征在于，该控制器被配置成：

进入电子主轴锁模式，以及

响应于进入该电子主轴锁模式而激活主轴锁控制回路，该主轴锁控制回路包括：

检测在该钻头接纳部分上在第一方向上的扭矩；以及

响应于检测到在该钻头接纳部分上在该第一方向上的该扭矩而控制该马达在第二方向上旋转。

2.如权利要求1所述的动力工具，其中，该控制器被进一步配置成：

确定该动力工具停止；

响应于确定该动力工具停止而激活该主轴锁控制回路；

在激活该主轴锁控制回路之后的延迟时间，使用一个或多个传感器检测该动力工具的移动；以及

当在该延迟时间之后没有检测到该动力工具的移动时，进入睡眠模式。

3.如权利要求2所述的动力工具，其中，该一个或多个传感器包括选自由以下各项组成的组中的至少一项：加速度计、电容式传感器和电感式传感器。

4.如权利要求2所述的动力工具，其中，该控制器被进一步配置成：

当处于该睡眠模式时，确定接收到唤醒信号；

当从触发器接收到该唤醒信号时，进行正常马达操作；以及

当从该一个或多个传感器接收到该唤醒信号时，激活该主轴锁控制回路。

5.如权利要求4所述的动力工具，其中，正常马达操作包括根据该触发器的触发器扣动控制该马达。

6.如权利要求1所述的动力工具，进一步包括电子主轴锁按钮，其中，该控制器被进一步配置成：

当该电子主轴锁按钮被致动时，进入该电子主轴锁模式。

7.如权利要求1所述的动力工具，其中，该控制器被进一步配置成实行该电子主轴锁模式的最大时间限制，使得该主轴锁控制回路在该最大时间限制之后停用。

8.如权利要求1所述的动力工具，进一步包括：

电池组，该电池组向该马达提供操作电力，

其中，该控制器被进一步配置成：

检测该电池组的电压水平；以及

响应于该电压水平低于预定低电压阈值而禁用该主轴锁控制回路。

9.一种动力工具，包括：

壳体；

钻头接纳部分，该钻头接纳部分设置在该壳体上；

进入电子主轴锁模式，以及

响应于进入该主轴锁模式而将该马达控制为制动器，

其中，该马达响应于施加到该钻头接纳部分的扭矩而产生反扭矩。

10.如权利要求9所述的动力工具，进一步包括触发器，其中，该控制器被进一步配置成：

当该触发器为了停止该动力工具的操作而被释放时，进入该电子主轴锁模式。

11.如权利要求9所述的动力工具，进一步包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，该MOSFET连接在该马达的马达绕组之间。

12.如权利要求11所述的动力工具，进一步包括电池组，该电池组向该马达提供操作电力，

其中，该MOSFET是耗尽型MOSFET，

其中，当该电池组被移除时，该耗尽型MOSFET是常闭的，并且

其中，该控制器被进一步配置成当该电池组连接至该动力工具时，打开该耗尽型MOSFET。

13.如权利要求9所述的动力工具，进一步包括：

电池组，该电池组向该马达提供操作电力，其中，该马达进一步包括次级绕组，这些次级绕组被配置成在该钻头接纳部分相对于该壳体旋转并且该电池组与该动力工具断开连接时产生电压。

14.如权利要求13所述的动力工具，其中，这些次级绕组上的电压用于给电容器充电，并且其中，当该电容器被充分充电时，该电容器用于使该马达的马达绕组短路。