专利名称：电动工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及能改变减速比的电动工具。
背景技术：
在包括减速机构的电动工具中，使用用于改变减速机构的减速比的结构。在这种结构中，转换元件比如包括于行星齿轮机构中的环形齿轮轴向地滑动以改变行星齿轮机构的啮合状态。例如，日本专利申请公开No. 2009-56590和No. 2009-78349公开了其中包括环形齿轮的转换元件的滑动运动由螺线管自动地执行的电动工具。在这种常规电动工具中，当螺线管操作时，马达的旋转停止或减速以抑制在转换元件与配对齿轮元件相啮合时出现的冲击。在常规电动工具中，当马达等的电流改变时，螺线管启动并且马达的旋转在预定的定时由已经检测到这种改变的控制单元停止。然而，在螺线管启动并且转换元件通过多个机构与配对齿轮元件实际地相啮合时的定时和马达的旋转减速并且实际上停止的定时之间稍微具有差异。为此，在上述的常规电动工具中，已经采用一种用来通过在驱动螺线管之前可靠地执行马达等的停止来将啮合冲击抑制至最小的方法。然而，难以通过使用该方法在短时间内完成减速比的改变。换言之，常规电动工具不足以抑制减速比改变时的啮合冲击以及在短时间内完成减速比的平稳改变。
发明内容
考虑到以上情况，本发明提供了一种能抑制减速比改变时的啮合冲击并且能快速且平稳地完成减速比改变的电动工具。为了完成以上目标，本实施例的电动工具具有总结如下的构造。根据本发明的一种电动工具包括作为驱动动力源的马达、用于以降低的速度传输马达的旋转动力的减速机构、以及用于改变减速机构的减速比的减速比改变单元。减速机构包括可轴向地滑动的转换元件和齿轮元件，转换元件根据其轴向滑动位置与齿轮元件相啮合或脱离。减速比改变单元包括用于轴向地滑动转换元件的变速致动器、用于检测马达的驱动状态的驱动状态检测器单元、用于检测转换元件的滑动位置的滑动位置检测器单元以及根据驱动状态检测器单元的检测结果启动变速致动器和用于根据滑动位置检测器单元的检测结果临时降低或增加马达的旋转动力的控制单元。控制单元可设计为根据滑动位置检测器单元的检测结果改变变速致动器的驱动控制。控制单元可设计为，如果滑动位置检测器的检测结果指示转换元件在变速致动器被驱动时未能滑动至期望的目标位置，临时地反向转换元件由变速致动器引起的滑动运动的方向。控制单元可设计为，如果滑动位置检测器单元的检测结果指示转换元件在变速致动器被驱动时未能滑动至期望的目标位置，改变转换元件的由变速致动器施加的滑动驱动动力。如果滑动位置检测器单元的检测结果指示转换元件在变速致动器被驱动时未能滑动至期望的目标位置，控制单元可设计为在保持变速致动器的驱动的同时改变转换元件和齿轮元件之间的相对旋转位置。如果滑动位置检测器单元的检测结果指示转换元件在变速致动器被驱动时未能滑动至期望的目标位置，控制单元可设计为在停止变速致动器的驱动之后改变转换元件和齿轮元件之间的相对旋转位置。此时，控制单元可设计为在由驱动状态检测器单元的检测结果确定马达的旋转动力降低或停止时通过增加旋转动力来改变相对旋转位置。而且，控制单元可设计为改变马达的旋转动力以使得与转换元件没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在转换元件进行滑动运动的情况下增加。滑动位置检测器单元可设计为检测转换元件或与转换元件互锁的元件的位置。滑动位置检测器单元可设计为检测变速致动器的驱动状态并且根据驱动状态的检测结果检测转换元件的位置。此时，变速致动器可以是旋转型，并且滑动位置检测器单元可设计为检测变速致动器的旋转状态。变速致动器可以是线性致动器，并且滑动位置检测器单元可设计为检测变速致动器的线性驱动状态。本发明提供的有利作用在于，其能抑制减速比改变时的啮合冲击并且快速且平稳地完成减速比改变
本发明的目标和特点将从以下结合附图给出的对实施例的描述中变得明显，其中图1是示出根据本发明第一实施例的电动工具的侧视截面图；图2是电动工具的内部侧视图；图3是电动工具的后部截面图；图4是示出电动工具中使用的减速机构的分解透视图；图5是示出电动工具的主要零件的说明性视图；图6A是保持于第一速度状态的减速机构的侧视截面图，并且图6B是其侧视图；图7是其中第一速度和第二速度之间的变速操作进行中的减速机构的侧视截面图；图8A是保持于第二速度状态的减速机构的侧视截面图，并且图8B是其侧视图；图9是其中第二速度和第三速度之间的变速操作进行中的减速机构的侧视截面图IOA是保持于第三速度状态的减速机构的侧视截面图，并且图IOB是其侧视图；图IlA至IlC是示出根据本发明第三实施例的电动工具的主要零件的说明性视图，图IlA示出第二速度状态，图IlB示出正在进行的从第二速度至第三速度的变速操作并且图IlC示出第三速度状态；图12是示出根据本发明第六实施例的电动工具的主要零件的说明性视图；并且图13A至13C是示出根据本发明第七实施例的电动工具的主要零件的说明性视图，图13A示出第二速度状态，图1 示出正在进行的从第二速度至第三速度的变速操作并且图13C示出第三速度状态。
具体实施例方式现在将参照构成本发明一部分的附图描述本发明的实施例。(第一实施例)图1至3示出根据本发明第一实施例的电动工具。本实施例的电动工具包括作为驱动动力源的马达(主马达)1 ；用来以降低的速度传输马达1的旋转动力的减速机构2 ； 用于将从减速机构2传输的旋转动力输送至输出轴4的驱动动力输送单元3 ；以及用于容纳马达1、减速机构2以及驱动动力输送单元3的主干壳体101。握持壳体102从主干壳体 101延伸。触发开关103可缩回地安装至握持壳体102。主干壳体101和握持壳体102构成电动工具的主体壳体100。变速致动器6以与马达1和减速机构2平行的关系布置于主干壳体101内。变速致动器6是旋转类型的并且设计为通过滑动移动减速机构2的转换元件7穿过减速凸轮板 8来改变减速比。后面将就这一点做出详细描述。在图4至10中，更详细地示出减速机构2和其它部件的结构。本实施例的减速机构2包括齿轮箱9和三个布置于齿轮箱9内的行星齿轮机构。减速机构2的减速比作为整体通过转换相应行星齿轮机构的减速状态和非减速状态来改变。在以下的描述中，行星齿轮机构按照接近马达1的顺序称为第一至第三行星齿轮机构。第一行星齿轮机构包括由马达1的旋转动力绕着其轴线旋转地受到驱动的太阳齿轮10(图4中未示出)；布置为包围太阳齿轮10并且与太阳齿轮10相啮合的多个行星齿轮11 ；布置为包围行星齿轮11并且与行星齿轮11相啮合的环形齿轮12 ；以及行星齿轮 11通过托架销13可旋转地连接于此的托架14。第二行星齿轮机构包括与第一行星齿轮机构的太阳齿轮10相结合的太阳齿轮
20(图4中未示出)；布置为包围太阳齿轮20并且与太阳齿轮20相啮合的多个行星齿轮
21；能与行星齿轮21相啮合的环状齿轮12 ；以及行星齿轮21通过托架销23可旋转地连接于此的托架对。环形齿轮12构造为根据环形齿轮12的滑动位置用作第一行星齿轮机构的元件或第二行星齿轮机构的元件。换言之，环形齿轮12在处于马达1附近的滑动位置时与第一行星齿轮机构的行星齿轮11相啮合，但是在处于输出轴4附近的滑动位置时与第二行星齿轮机构的行星齿轮21相啮合。在以下进行的描述中，靠近马达1的那侧将称为“输入侧”并且靠近输出轴4的那侧将称为“输出侧”。在齿轮箱9的内圆周表面上，设置有导向部分15，环形齿轮12以轴向地可滑动但不可旋转的方式与之相啮合。环形齿轮12在导向部分15的引导之下进行轴向滑动运动。第三行星齿轮机构包括与第二行星齿轮机构的托架M相结合的太阳齿轮30 ；布置为包围太阳齿轮30并且与太阳齿轮30相啮合的多个行星齿轮31 ；与行星齿轮31相啮合的环形齿轮32 ；以及行星齿轮31通过托架销33可旋转地连接于此的托架34。环形齿轮32相对于齿轮箱9轴向可滑动并且可旋转地布置。在处于输入侧滑动位置时，环形齿轮32与第二行星齿轮机构的托架M的外周边边缘相啮合。在处于输出侧滑动位置时，环形齿轮32和与齿轮箱9 一体形成的啮合齿部分40相啮合。环形齿轮32在任一个滑动位置中保持与行星齿轮31相啮合。第一至第三行星齿轮机构彼此轴向地连接。具体地，第一至第三行星齿轮机构的太阳齿轮10、20和30在轴向上线性地布置。同样，包围太阳齿轮10、20和30的环形齿轮 12和32在轴向上线性地布置。环形齿轮12和32在轴向上可独立地滑动。减速比根据环形齿轮12和32的滑动位置改变，因此将输出轴4的旋转输出改变至第一速度、第二速度或第三速度。在本实施例中，每个环形齿轮12和32用作可轴向地移动的转换元件7。在这一点上，在减速比最小时实现第一速度，在减速比大于第一速度下的减速比时实现第二速度，并且在减速比大于第一和第二速度下的减速比时(在减速比最大时)实现第三速度。图6A和6B示出保持于第一速度状态的减速机构2。图7示出其中第一速度和第二速度之间的变速操作正在进行的减速机构2。图8A和8B示出保持于第二速度状态的减速机构2。图9示出其中第二速度和第三速度之间的变速操作正在进行的减速机构2。图 IOA和IOB示出保持于第三速度状态的减速机构2。在减速机构2处于如图6A和6B所示的第一速度状态的情况下，用作转换元件7 的环形齿轮12保持于输入侧滑动位置中并且用作转换元件7的环形齿轮32也保持于输入侧滑动位置中。因此，仅第一行星齿轮机构进入减速状态。具体地，与环形齿轮12相啮合的行星齿轮11通过太阳齿轮10的旋转进行绕其自身轴线的旋转和绕着太阳齿轮10的回转。因而，太阳齿轮10的扭矩以降低的速度传输至托架14。托架14与第二行星齿轮机构的托架M—起旋转。同样，第三行星齿轮机构与托架对一起旋转。在减速机构2处于如图8A和8B所示的第二速度状态的情况下，用作转换元件7 的环形齿轮12保持于输出侧滑动位置中，但是用作转换元件7的环形齿轮32保持于输入侧滑动位置中。因此，仅第二行星齿轮机构进入减速状态。具体地，与环形齿轮12相啮合的第二行星齿轮机构的行星齿轮21通过与太阳齿轮10相结合的太阳齿轮20的旋转进行绕其自身轴线的旋转和绕着太阳齿轮10的回转。因而，太阳齿轮20的扭矩以降低的速度传输至托架M。第一和第三行星齿轮机构与托架M
一起旋转。在这一点上，第一和第二行星齿轮机构的相应元件的尺寸设置不同以使得第二行星齿轮机构的减速比能大于第一行星齿轮机构的减速比。因此，第二速度下的减速比大于第一速度下的减速比，并且输出轴4在第二速度下的旋转速度变得小于在第一速度下的旋转速度。在减速机构2处于如图IOA和IOB所示的第三速度状态的情况下，用作转换元件7 的环形齿轮12保持于输出侧滑动位置中，并且用作转换元件7的环形齿轮32也保持于输出侧滑动位置中。因此，第二和第三行星齿轮机构进入减速状态。具体地，与环形齿轮12相啮合的第二行星齿轮机构的行星齿轮21通过与太阳齿轮10相结合的太阳齿轮20的旋转进行绕其自身轴线的旋转以及绕着太阳齿轮10的回转。 因而，太阳齿轮20的扭矩以降低的速度传输至托架24。第一行星齿轮机构与第二行星齿轮机构的托架M —起旋转。托架M的扭矩传输至与托架M相结合的第三行星齿轮机构的太阳齿轮30。与环形齿轮32相啮合的第三行星齿轮机构的行星齿轮31通过太阳齿轮30 的旋转进行绕其自身轴线的旋转以及绕着太阳齿轮30的回转。因而，太阳齿轮的扭矩30 以进一步降低的速度传输至托架34。构成转换元件7的两个环形齿轮12和32的滑动位置由变速凸轮板8的旋转位置来确定。变速凸轮板8是具有与圆柱形齿轮箱9的外圆周表面相一致的弧形横截面形状的板。变速凸轮板8设置为可绕着齿轮箱9的中心轴线旋转。变速凸轮板8具有沿着轴向并排布置的输入侧和输出侧凸轮槽41和42。输入侧凸轮槽41是与环形齿轮12的滑动运动相一致地弯曲的通槽。穿过凸轮槽41的变速销45 的顶端部分通过形成为穿过齿轮箱9的厚度的导向孔48(参见图4)插入齿轮箱9。变速销45的顶端部分与形成于环形齿轮12的外圆周表面上的凹陷相啮合。导向孔48形成为与减速机构2的轴线平行地延伸。输出侧凸轮槽42是与环形齿轮32的滑动运动相一致地弯曲的通孔。穿过凸轮槽 42的变速销46的顶端部分通过形成为穿过齿轮箱9的厚度的导向孔49 (参见图4)插入齿轮箱9。变速销46的顶端部分与形成于环形齿轮32的外圆周表面上的凹陷相啮合。导向孔49形成为与减速机构2的轴线平行地延伸并且与导向孔48成直线地布置。变速凸轮板8包括形成于其一个圆周端部中以与旋转变速致动器6相啮合的齿轮部分47。变速致动器6包括专用马达(子马达)50、用来以降低的速度传输马达50的旋转动力的减速机构51、以及由通过减速机构51传输的旋转动力旋转地受到驱动的输出单元 52。在本实施例的电动工具中，减速机构2包括可轴向滑动的转换元件7和齿轮元件 5，转换元件7根据其轴向滑动位置与齿轮元件5相啮合或脱离。如上所述，转换元件7包括环形齿轮12和32。而且，对于环形齿轮12，第一行星齿轮机构的行星齿轮11和第二行星齿轮机构的行星齿轮21用作齿轮元件5。关于环形齿轮32，第二行星齿轮机构的托架M和齿轮箱9的啮合齿部分40用作齿轮元件5。减速机构2的减速比作为整体根据转换元件7和齿轮元件5的啮合以及脱离状态来改变。如图5中示意性地示出，本实施例的电动工具包括用来检测马达1的驱动状态的驱动状态检测器单元60、用来检测转换元件7的滑动位置的滑动位置检测器单元61、以及用来控制马达1和50的运行的控制单元62。驱动状态检测器单元60通过检测流过马达1的电流以及马达1的旋转速度中的至少一个来检测马达1的驱动状态。驱动状态检测器单元60的检测结果输入至控制单元 62。滑动位置检测器单元61通过检测变速凸轮板8 (与转换元件7互锁)相对于齿轮箱9的旋转位置来间接地检测转换元件7的位置(即，环形齿轮12和32的滑动位置)。滑动位置检测器单元61的检测结果输入至控制单元62。滑动位置检测器单元61可以是非接触式位移检测传感器或与变速凸轮板8进行直接接触的接触型传感器。根据由驱动状态检测器单元60检测的马达1的驱动状态，控制单元62启动变速致动器6并且滑动地移动转换元件7，从而改变减速机构2的减速比。在本实施例的电动工具中，减速比改变单元由用于轴向地滑动转换元件7的变速致动器6、用来检测马达1的驱动状态的驱动状态检测器单元60、用来检测转换元件7的滑动位置的滑动位置检测器单元61以及用来根据驱动状态检测器单元60的检测结果操作变速致动器6的控制单元62构成。在操作变速致动器6 (即，马达50)时，控制单元62控制马达1以使得其旋转动力能根据滑动位置检测器单元61的检测结果临时地降低或增加。在这一点上，降低或增加马达1的旋转动力的原因是在转换元件7与齿轮元件5相啮合时将转换元件7和滑动齿轮元件5之间的相对旋转速度降低至可能的最小值(优选地，降低至零)。下面，将相继描述从第一速度至第二速度、从第二速度至第三速度、从第三速度至第二速度以及从第二速度至第一速度的自动变速。从第一速度至第二速度的自动变速以下面的方式控制。如果当马达1在图6A和 6B所示的第一速度状态下受到驱动时驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定级别，那么第一速度自动地变速至第二速度。具体地，如果流过马达1的电流变得等于或大于指定值，如果马达1的转数变得等于或小于指定值，或者如果电流和转数满足指定关系，那么驱动状态检测器单元60检测马达1的负荷已经达到指定级别。在接收到检测结果时，控制单元62启动变速致动器6的马达50以旋转变速凸轮板8。穿过变速凸轮板8的输入侧凸轮槽41的变速销45在设置于齿轮箱9中的导向孔48 的引导之下朝着输出侧滑动。变速销45将作为转换元件7的相应环形齿轮12朝着输出侧滑动地移动。滑动地移动的环形齿轮12与第一行星齿轮机构的行星齿轮11脱离并且进入图7 中所示的转换行进状态。此时，环形齿轮12保持为防止相对于齿轮箱9旋转。同时，第二行星齿轮机构的行星齿轮21 (其是下次将被啮合的齿轮元件幻通过马达1的旋转动力绕着减速机构2的轴线相对于齿轮箱9旋转地受到驱动。如果指示环形齿轮12已经到达图7中所示转换行进状态的检测结果从滑动位置检测器单元61输入，那么控制单元62此时临时地降低马达1的旋转动力(降低至包括零的值)。因此，啮合冲击能通过在环形齿轮12如图8A和8B所示与行星齿轮21相啮合时降低环形齿轮12和行星齿轮21之间的相对转速(优选地，降低至零)而受到抑制。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。替代地，控制单元62能以这种方式控制马达1以使得马达1的旋转动力从变速致动器6的启动时间降低至一定的级别。在此情况下，控制单元62可与变速致动器6的启动同步地逐渐降低马达1的旋转动力并且可在指示环形齿轮12已经到达图7中所示的转换行进状态的检测结果的输入时间进一步降低马达1的旋转动力。从第二速度至第三速度的自动变速以下面的方式控制。如果当马达1在图8A和8B中所示的第二速度状态下受到驱动时驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定级别，那么第二速度自动地变速至第三速度。具体地，如果流过马达1的电流变为等于或大于指定值，如果马达1的转数变得等于或小于指定值，或如果电流和转数满足指定关系，那么驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定级别。在接收到检测结果时，控制单元62启动变速致动器6的马达50以旋转变速凸轮板8。穿过变速凸轮板8的输出侧凸轮槽42的变速销46在设置于齿轮箱9中的导向孔49 的引导之下朝着输出侧滑动。变速销46将作为转换元件7的相应环形齿轮32朝着输出侧滑动地移动。滑动地移动的环形齿轮32与第二行星齿轮机构的托架M脱离并且进入图9中所示的转换行进状态。此时，环形齿轮32与第三行星齿轮机构的行星齿轮31相啮合并且保持没有固定至齿轮箱9以防止旋转。进入图9中所示的转换行进状态的环形齿轮32由环形齿轮32在第二速度状态下与托架对相啮合时产生的旋转惯性继续旋转，但是同时由于由马达1驱动的第三行星齿轮机构的行星齿轮31的反作用力，施加有在相反方向上作用至旋转惯性的扭矩。同时，作为将接着与环形齿轮32相啮合的齿轮元件5的啮合齿部分40相对于齿轮箱9固定。控制单元62通过积极地利用在相反方向上作用于旋转惯性的扭矩来降低环形齿轮32和啮合齿部分40之间的相对转速(优选地，降低至零)。因此，如果滑动位置检测器单元61检测到环形齿轮32已经到达图9中所示的转换进行状态，控制单元62首先在此时停止环形齿轮32的滑动运动。然后，控制单元62临时地增加马达1的旋转动力以快速地降低环形齿轮32相对于齿轮箱9的转速。之后，控制单元62允许环形齿轮32再次进行滑动运动并且执行控制以使得环形齿轮32的转速能在环形齿轮32与啮合齿部分40相啮合时变成几乎为零。这在环形齿轮32与啮合齿部分40相啮合时帮助抑制啮合冲击，这使得能实现平滑且稳定的自动变速操作并且限制不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。环形齿轮32和啮合齿部分40之间的相对转速可仅通过临时地增加马达1的旋转动力来控制而无需首先停止环形齿轮32的滑动运动。相对转速可仅通过首先停止环形齿轮32来控制。相对转速可通过与变速致动器6的启动同步地逐渐降低马达1的旋转动力并且因此降低由环形齿轮32在第二速度状态下与托架M相啮合时的旋转惯性引起的环形齿轮32的旋转动力来控制。从第三速度至第二速度的自动变速以下面的方式控制。如果当马达1在图IOA和 IOB所示的第三速度状态下受到驱动时驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定值，那么第三速度自动地变速至第二速度。具体地，如果流过马达1的电流变得等于或小于指定值，如果马达1的转数变得等于或大于指定值，或者如果电流和转数满足指定的关系，那么驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定级别。在接收到检测结果时，控制单元62启动变速致动器6的马达50以旋转变速凸轮板8。穿过变速凸轮板8的输出侧凸轮槽42的变速销46引起作为转换元件7的相应环形齿轮32朝着输入侧滑动。滑动地移动的环形齿轮32首先与啮合齿部分40脱离并且进入图9中所示的转换行进状态。此时，环形齿轮32与第三行星齿轮机构的行星齿轮31相啮合并且没有固定至齿轮箱9以防止旋转。进入图9中所示的转换行进状态的环形齿轮32施加有由于由马达1驱动的第三行星齿轮机构的行星齿轮31的反作用力在与马达1的旋转方向相反的方向上作用的扭矩。 同时，第二行星齿轮机构(其是将接着与环形齿轮32相啮合的齿轮元件幻的托架M在与马达1的旋转方向相同的方向上旋转。如果指示环形齿轮32已经到达图9中所示转换行进状态的检测结果从滑动位置检测器单元61输入，控制单元在此时临时地降低马达1的旋转动力(降低至包括零的值)。 因此，啮合冲击能通过降低环形齿轮32如图8A和8B中所示与托架M相啮合时环形齿轮 32和托架M之间的相对转速(优选地，降低至零)来进行抑制。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。替代地，控制单元62可以这种方式控制马达1以使得马达1的旋转动力从变速致动器6的启动时间降低至一定的级别。在此情况下，控制单元62可与变速致动器6的启动同步地逐渐地降低马达1的旋转动力并且在指示环形齿轮32已经到达图9中所示转换行进状态的检测结果的输入时间时进一步降低马达1的旋转动力。从第二速度至第一速度的自动变速以下面的方式控制。如果当马达1在图8A和 8B中所示的第二速度状态下受到驱动时驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定值，那么第二速度自动地变速至第一速度。具体地，如果流过马达1的电流变得等于或小于指定值，如果马达1的转数变得等于或大于指定值，或者如果电流或转数满足指定关系，那么驱动状态检测器单元60检测到马达1的负荷已经达到指定值。在接收到检测结果时，控制单元62启动变速致动器6的马达50以旋转变速凸轮板8。穿过变速凸轮板8的输入侧凸轮槽41的变速销45引起作为转换元件7的相应环形齿轮12朝着输入侧滑动。滑动地移动的环形齿轮12首先与第二行星齿轮机构的行星齿轮21脱离并且进入图7中所示的转换行进状态。此时，环形齿轮12保持固定至齿轮箱9以防止旋转。同时， 第一行星齿轮机构的行星齿轮11 (其是将在下次被啮合的齿轮元件幻由马达1的旋转动力相对于齿轮箱9绕着减速机构2的轴线旋转地受到驱动。如果指示环形齿轮已经到达图7中所示转换行进状态的检测结果从滑动位置检测器单元61输入，控制单元62此时临时地降低马达1的旋转动力。因此，啮合冲击能通过降低在环形齿轮12如图6A和6B中所示与行星齿轮11相啮合时环形齿轮12和行星齿轮 11之间的相对转速(优选地，降低至零)来进行抑制。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。替代地，控制单元62可以这种方式控制马达1以使得马达1的旋转动力从变速致动器6的启动时间降低至一定的级别。在此情况下，控制单元62可与变速致动器6的启动同步地逐渐降低马达1的旋转动力并且进一步降低马达1在指示环形齿轮12已经到达图 7中所示转换行进状态的检测结果的输入时间时的旋转动力。如上所述，根据本实施例的电动工具的控制单元62根据马达1的驱动状态启动变速致动器6并且与由传感器检测的转换元件7 (环形齿轮12和32)的当前位置相一致地临时降低或增加马达1的旋转动力。降低旋转动力包括停止马达1。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。控制单元62可设计为与变速致动器6的启动同步地逐渐降低或增加马达1的旋转动力。本实施例的控制单元62与由滑动位置检测器单元61检测的转换元件7(环形齿轮12和32)的位置相一致地改变变速致动器6的驱动控制。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。下面，将详细描述如何控制变速致动器6。 通过驱动变速致动器6，控制单元62弓I起转换元件7 (环形齿轮12或环形齿轮32) 与目标齿轮元件5 (行星齿轮11、行星齿轮12、托架M或啮合齿部分40)相啮合。此时，在某些情况下，转换元件7和齿轮元件5的齿没有成功地彼此相啮合并且转换元件7可能未能滑动至期望的目标位置。在此情况下，变速操作没有成功地执行，从而阻碍运行。而且， 沉重的负荷施加至变速致动器6，这会是问题的起源。相反，如果从滑动位置检测器单元61输入的检测结果指示转换元件7未能滑动至期望的目标位置，本实施例的控制单元62设计为临时地反向变速致动器6的马达50的旋转方向。换言之，其中转换元件7由变速凸轮板8滑动的方向反向指定的时期，从而引起转换元件7移动远离目标齿轮元件5。在转换元件7和齿轮元件5保持彼此隔开的同时，转换元件7和齿轮元件5的相对旋转位置由马达1改变。因此，如果通过在前进方向上旋转变速致动器6的马达50来使转换元件7朝着齿轮元件5滑动，那么转换元件7和齿轮元件5容易成功地彼此相啮合。当再次出现转换元件7未能滑动至期望目标位置的情况时，控制单元62重复如上面提到的相同控制。控制单元62可设计为在前面提到的情况出现指定次数时停止马达1。下面，将相继描述根据本发明的电动工具的其它实施例。与第一实施例相同的构造将不再详细描述并且描述将主要聚焦在与第一实施例的构造不同的特征构造上。(第二实施例)在本实施例的电动工具中，如果齿轮没有成功地彼此相啮合并且变速操作失败， 那么改变变速致动器6的驱动控制。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。本实施例与第一实施例的不同之处在于改变变速致动器6的驱动控制的方法。具体地，如果滑动位置检测器单元61的检测结果显示转换元件7未能滑动至期望的目标位置，那么控制单元62改变变速致动器6的驱动控制以使得变速致动器6的马达50 的旋转动力能增加。换言之，通过改变转换元件7由变速凸轮板8滑动所利用的滑动驱动动力来使得转换元件7和齿轮元件5容易彼此相啮合。滑动驱动动力不仅能通过增加马达50的旋转动力而且能通过首先降低旋转动力并且然后增加旋转动力或者通过在指定的周期中重复降低和增加旋转动力来适当地改变。 控制单元62可设计为在尽管滑动驱动动力改变而转换元件7未能滑动至期望目标位置时停止马达1。(第三实施例)在本实施例的电动工具中，如果齿轮没有成功地彼此相啮合并且变速操作失败， 那么转换元件7和齿轮元件5的相对旋转位置改变。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。本实施例与第一实施例的不同之处在于在变速操作失败的情况下改变控制的方法。具体地，如果确定转换元件7未能滑动至期望的目标位置并且马达1几乎没有被驱动，那么控制单元62在维持变速致动器6运行的同时改变马达1的旋转动力。换言之， 如果滑动位置检测器单元61的检测结果显示当变速致动器6在马达1的旋转动力首先改变之后被驱动时转换元件7未能滑动至期望的目标位置，就实施这种控制。更具体地，如果从滑动位置检测器单元61的检测结果确定马达1的旋转动力完全或基本上停止并且马达没有被驱动，那么控制单元62在维持变速致动器6运行的同时增加马达的旋转动力。在增加马达1的旋转动力时，控制单元62改变马达1的旋转动力以使得与转换元件7没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在转换元件7进行滑动运动的情况下增加。具体地，控制单元62控制马达1的旋转动力以使得与齿轮没有成功地彼此相啮合并且转换元件7没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在齿轮彼此相啮合并且转换元件7进行滑动运动的情况下增加。马达50的旋转动力(滑动驱动动力)可以仅被维持，但是滑动驱动动力可通过首先降低旋转动力并且然后增加旋转动力或通过在指定的周期中反复地降低和增加旋转动力来适当地改变。控制单元62可设计为在尽管改变了滑动驱动动力而转换元件7未能滑动至期望的目标位置时停止马达1。而且，马达1几乎没有被驱动的状态包括在变速操作中降低马达1的旋转动力的情况以及根据由控制单元62进行的工作完成的确定来停止马达1的驱动的情况。具体地， 马达1的停止包括马达1的负荷在达到预定级别之后基本上被移除并且控制单元62确定工作完成的状态以及触发开关103的操作被释放的状态。在这种状态下的自动变速中，如果变速操作失败，控制单元62控制停止的马达1将被驱动。(第四实施例)在本实施例的电动工具中，如果齿轮没有成功地彼此相啮合并且变速操作失败， 那么转换元件7和齿轮元件5的相对旋转位置改变。这实现了平滑且稳定的自动变速操作并且限制了不然的话由于碰撞引起的齿轮磨损或损坏。本实施例与第一实施例的不同之处在于变速操作失败的情况下的控制方法。同时，本实施例与第三实施例的相同之处在于在转换元件7没有滑动至期望的目标位置并且确定马达1几乎没有被驱动时实施控制。然而，本实施例与第三实施例不同之处在于在确定之后的控制方法。具体来说，如果确定变速操作失败或马达1几乎没有被驱动，控制单元62首先停止变速致动器6的驱动并且增加马达1的旋转动力。然后，控制单元62控制变速致动器6 将再次被驱动。换言之，如果变速操作失败，控制单元62停止变速致动器6的驱动并且然后在增加马达1的旋转动力之后控制变速致动器6将再次被驱动。在增加马达1的旋转动力时，控制单元62改变马达1的旋转动力以使得与转换元件7没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在转换元件进行滑动运动的情况下增加。具体地，控制单元62控制马达1的旋转动力以使得与齿轮没有成功地彼此相啮合并且转换元件7没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在齿轮成功地彼此相啮合并且转换元件7进行滑动运动的情况下增加。马达1的旋转动力可仅增加，但是旋转动力可通过首先降低旋转动力并且然后增加旋转动力或者通过在指定周期中重复降低和增加旋转动力来适当地改变。控制单元62 可在尽管改变了滑动驱动动力而转换元件7未能滑动至期望的目标位置时停止马达1。而且，马达1几乎没有被驱动的状态包括在变速操作中降低马达1的旋转动力的情况以及根据由控制单元62进行的确定工作完成来停止马达1的驱动的情况。具体地，马达1的停止包括马达1的负荷在达到预定级别之后基本上被移除并且控制单元确定工作完成的状态以及触发开关103的操作被释放的状态。在这些状态下的自动变速中，如果变速操作失败，控制单元62控制停止的马达1将被驱动。(第五实施例)本实施例的电动工具就滑动位置检测器单元61而言与第一实施例不同。本实施例中使用的滑动位置检测器单元61不像第一实施例中那样检测与转换元件7互锁的另一个元件(例如，变速凸轮板8)的位置，而是直接检测转换元件7的位置。图11A、1 IB和IlC示意性地示出本实施例中使用的滑动位置检测器单元61。在本实施例的情况下，变速致动器6是由螺线管形成的线性致动器。变速致动器6包括其轴向伸出量可改变的柱塞70。包括于转换元件7中的环形齿轮32通过连接元件71连接至柱塞 70。环形齿轮32可相对于连接元件71绕着减速机构2的轴线旋转并且可与连接元件71 一起轴向地滑动。滑动位置检测器单元61是安装于齿轮箱9中以使得其能定位于环形齿轮32径向外侧的位移检测传感器。虽然这个传感器是与环形齿轮32直接接触的接触型传感器，但是可使用非接触式传感器来代替。(第六实施例)本实施例的电动工具就滑动位置检测器单元61而言与第一实施例不同。本实施例中使用的滑动位置检测器单元61不检测与转换元件7互锁的另一个元件(例如，变速凸轮板8)的位置，而是检测变速致动器6的驱动状态以根据检测结果间接地检测转换元件7 的位置。图12示意性地示出本实施例中使用的滑动位置检测器单元61。本实施例的滑动位置检测器单元61是用来检测旋转变速致动器6的输出单元52的旋转位置的位移传感器。这个位移传感器可以是与输出单元52直接接触的接触型传感器或非接触式传感器。(第七实施例)本实施例的电动工具就滑动位置检测器单元61而言与第一实施例不同。本实施例中使用的滑动位置检测器单元61通过检测变速致动器6的驱动状态来间接地检测转换元件7的位置。在这一方面，本实施例的滑动位置检测器单元61与第六实施例相同。然而， 本实施例的滑动位置检测器单元61在以下方面与第六实施例不同。图13A、i;3B和13C示意性地示出本实施例中使用的滑动位置检测器单元61。在本实施例的情况下，变速致动器6是由螺线管形成的线性致动器。变速致动器6包括其轴向伸出量可改变的柱塞70。包括于转换元件7中的环形齿轮32通过连接元件71连接至柱塞 70。环形齿轮32可相对于连接元件71绕着减速机构2的轴线旋转并且可与连接元件71一起轴向地滑动。滑动位置检测器单元61是用来检测线性变速致动器6的柱塞70的伸出位置的位移传感器。虽然这个位移传感器是与柱塞70直接接触的接触型，但是非接触式传感器可用来将其替换。根据第一至第七实施例的电动工具的详细构造已经在上面描述。如上所述，第一至第七实施例的电动工具的每个包括作为驱动动力源的马达、用来以降低的速度传输马达1的旋转动力的减速机构2以及用来改变减速机构2的减速比的减速比改变单元。减速机构2设计为通过使用可轴向滑动的转换元件7和齿轮元件5来改变减速比，齿轮元件5与转换元件7的啮合和脱离根据转换元件7的轴向滑动位置来改变。减速比改变单元包括用于轴向地滑动转换元件7的变速致动器6、用于检测马达1 的驱动状态的驱动状态检测器单元60、用于检测转换元件7的滑动位置的滑动位置检测器单元61、以及用于根据驱动状态检测器单元60的检测结果启动变速致动器6和用于根据滑动位置检测器单元61的检测结果改变变速致动器6的驱动控制的控制单元62。在具有上述构造的电动工具中，当转换元件7通过驱动变速致动器6进行滑动运动至一定程度时，能根据转换元件7的实际检测的滑动位置来控制将被改变的马达1的旋转动力以显著地降低转换元件7和齿轮元件5之间的相对旋转速度。为此，能在短时间内平滑地完成减速比的自动改变，同时维持马达1的旋转。因此，在本实施例的电动工具中， 能抑制减速比改变时的啮合冲击并且快速且平滑地完成减速比的改变。而且，在第一至第七实施例中，控制单元62设计为根据滑动位置检测器单元61的检测结果改变变速致动器6的驱动控制。换言之，根据转换元件7的实际地检测的滑动位置，能实施控制以改变马达1的旋转动力以及变速致动器6的驱动控制。因此，能更平滑地完成减速比的自动改变，同时维持马达1的旋转。尤其，在第一、第五至第七实施例的电动工具中，控制单元62设计为，如果滑动位置检测器单元61的检测结果指示转换元件7在变速致动器6被驱动时未能滑动至期望的目标位置，临时地反向转换元件7由变速致动器6引起的滑动运动的方向。因此，如果转换元件7未能成功地与齿轮元件5相啮合，那么转换元件7临时地与齿轮元件5隔开。在改变转换元件7和齿轮元件5的相对旋转位置之后，可努力引起转换元件7和齿轮元件5彼此相啮合。而且，在第二实施例的电动工具中，控制单元62设计为，如果滑动位置检测器单元61的检测结果指示转换元件7在变速致动器6被驱动时未能滑动至期望的目标位置，改变转换元件7的由变速致动器6施加的滑动驱动动力。因此，如果转换元件7未能成功地与齿轮元件5相啮合，那么转换元件7和齿轮元件5能通过例如增加变速致动器6的驱动动力来容易地彼此相啮合。而且，在第三实施例的电动工具中，如果滑动位置检测器单元61的检测结果指示转换元件7在变速致动器6被驱动时未能滑动至期望的目标位置，那么控制单元62设计为改变转换元件7和齿轮元件5之间的相对旋转位置，同时维持变速致动器6的驱动。因此， 转换元件7和齿轮元件5变得容易彼此相啮合，而且，能通过快速地处理在转换元件7滑动至其能容易地与齿轮元件5相啮合的这个位置时的情况来滑动转换元件7。因此，能在短时间内平滑地改变减速比。
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在第四实施例的电动工具中，如果滑动位置检测器单元61的检测结果指示转换元件7在变速致动器6被驱动时未能滑动至期望的目标位置，那么控制单元62设计为在停止变速致动器6的驱动之后改变转换元件7和齿轮元件5之间的相对旋转位置。因此，如果转换元件7未能与齿轮元件5相啮合，那么转换元件7的滑动运动停止以容易地改变转换元件7和齿轮元件5之间的相对旋转位置。在转换元件7和齿轮元件5之间的相对旋转位置改变之后，能努力引起转换元件7和齿轮元件5彼此相啮合。在第三和第四实施例的电动工具中，在通过增加马达1的旋转动力来改变转换元件7和齿轮元件5之间的相对旋转位置时，控制单元62改变马达1的旋转动力以使得与转换元件7没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在转换元件7进行滑动运动的情况下增加。这使得重新配置马达1的旋转动力这个工作过程变得容易，并且因而能缩短改变减速比所需的转换时间。在第一至第五实施例的电动工具中，滑动位置检测器单元61设计为检测转换元件7或与转换元件7互锁的元件的位置。因此，能更直接地检测转换元件7的实际滑动位置。在第六和第七实施例的电动工具中，滑动位置检测器单元61设计为检测变速致动器6的驱动状态并且根据驱动状态的检测结果间接检测转换元件7的位置。因此，滑动位置检测器单元61的传感器的安装和类型的自由度增加。在第六实施例的电动工具中，变速致动器6是旋转型并且滑动位置检测器单元61 设计为检测变速致动器6的旋转状态。因此，能构造滑动位置检测器单元61的传感器以便以紧凑的方式与变速致动器6相接触或靠近变速致动器6。而且，在第七实施例的电动工具中，变速致动器6是线性致动器并且滑动位置检测器单元61设计为检测变速致动器6的线性驱动状态。这还使得能构造滑动位置检测器单元61的传感器以便以紧凑的方式与变速致动器6相接触或靠近变速致动器6。虽然本发明已经根据附图中所示的实施例在上面描述，但是本发明不限于这些实施例。相应的实施例在不脱离本发明的范围之下可适当地改变设计和适合地组合。 虽然在第三和第四实施例的电动工具中转换元件7和齿轮元件5的相对旋转位置通过降低或增加马达1的旋转动力来改变，但是本发明不限于通过改变马达1的旋转动力来调节相对旋转位置。例如，相对旋转位置可通过提供马达1以外的单独驱动单元并且控制驱动单元以降低转换元件7和齿轮元件5之间的相对转速来改变。而且，作为变速致动器6的驱动单元的马达50也可用来降低转换元件7和齿轮元件5之间的相对转速。
在变速操作失败时停止马达的旋转动力的状态包括通过预先停止马达(例如在使用电动工具的工作完成时)为下一个操作初始化减速比的操作的情况，例如从第三速度至第一速度的变速操作。换言之，在工作完成之后停止马达1的驱动时执行用于初始化减速比的操作的情况下，如果变速操作失败，那么控制单元62驱动马达1并且增加其旋转动力。这使得能快速地初始化减速比并且提高电动工具的操作效率。
权利要求
1.一种电动工具，其包括作为驱动动力源的马达；用于以降低的速度传输马达的旋转动力的减速机构；以及用于改变减速机构的减速比的减速比改变单元，其中减速机构包括轴向地可滑动的转换元件和齿轮元件，转换元件根据其轴向滑动位置与齿轮元件相啮合或脱离，并且减速比改变单元包括用于轴向地滑动转换元件的变速致动器、用于检测马达的驱动状态的驱动状态检测器单元、用于检测转换元件的滑动位置的滑动位置检测器单元以及根据驱动状态检测器单元的检测结果启动变速致动器和用于根据滑动位置检测器单元的检测结果临时降低或增加马达的旋转动力的控制单元。
2.根据权利要求1的电动工具，其中控制单元设计为根据滑动位置检测器单元的检测结果改变变速致动器的驱动控制。
3.根据权利要求2的电动工具，其中控制单元设计为，如果滑动位置检测器单元的检测结果指示在变速致动器被驱动时转换元件未能滑动至期望的目标位置，控制单元临时地使转换元件由变速致动器弓I起的滑动运动的方向反向。
4.根据权利要求2的电动工具，其中控制单元设计为，如果滑动位置检测器单元的检测结果指示在变速致动器被驱动时转换元件未能滑动至期望的目标位置，控制单元改变转换元件的由变速致动器施加的滑动驱动动力。
5.根据权利要求2的电动工具，其中，如果滑动位置检测器单元的检测结果指示在变速致动器被驱动时转换元件未能滑动至期望的目标位置，控制单元设计为在保持变速致动器的驱动的同时改变转换元件和齿轮元件之间的相对旋转位置。
6.根据权利要求2的电动工具，其中，如果滑动位置检测器单元的检测结果指示在变速致动器被驱动时转换元件未能滑动至期望的目标位置，控制单元设计为在停止变速致动器的驱动之后改变转换元件和齿轮元件之间的相对旋转位置。
7.根据权利要求5或6的电动工具，其中控制单元设计为在由驱动状态检测器单元的检测结果确定马达的旋转动力降低或停止时通过增加旋转动力来改变相对旋转位置。
8.根据权利要求7的电动工具，其中控制单元设计为改变马达的旋转动力以使得与转换元件没有进行滑动运动的情况相比，旋转动力的旋转加速度在转换元件进行滑动运动的情况下增加。
9.根据权利要求1至6的任何一个的电动工具，其中滑动位置检测器单元设计为检测转换元件或与转换元件互锁的元件的位置。
10.根据权利要求1至6的任何一个的电动工具，其中滑动位置检测器单元设计为检测变速致动器的驱动状态并且根据驱动状态的检测结果检测转换元件的位置。
11.根据权利要求10的电动工具，其中变速致动器是旋转型，并且滑动位置检测器单元设计为检测变速致动器的旋转状态。
12.根据权利要求10的电动工具，其中变速致动器是线性致动器，并且滑动位置检测器单元设计为检测变速致动器的线性驱动状态。
全文摘要
一种电动工具包括马达、用于以降低的速度传输马达的旋转动力的减速器、以及用于改变减速器的减速比的减速比改变单元。减速机构包括可轴向地滑动的转换元件和齿轮元件，转换元件根据其轴向滑动位置与齿轮元件相啮合或脱离。减速比改变单元包括用于轴向地滑动转换元件的变速致动器、用于检测马达的驱动状态的驱动状态检测器、用于检测转换元件的滑动位置的滑动位置检测器以及用于分别根据驱动状态检测器和滑动位置检测器的检测结果临时地降低或增加马达的旋转动力的控制单元。
文档编号B25B21/00GK102310398SQ20111018960
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年7月6日
发明者山田穣, 有村直, 海藏博之, 渥美将利, 稻垣贤一郎 申请人:松下电工电动工具株式会社