用于电气装置的控制组件的制作方法

本发明涉及用于控制诸如电力工具、电气园艺工具等的电气装置或器具的控制组件。

背景技术：

诸如电力工具的某些电气装置和器具将包括电动机和变速控制组件，该变速控制组件包括例如能够由用户的手指致动以便控制电动机的速度的变速触发器。当操作控制组件时，可以移动致动器轴，并且控制电路可以使用位移的程度作为可变地控制电机的速度的基础。在某些现有的控制组件中，致动器轴将在大约4mm-10mm的距离范围内移动，并且将与诸如复位弹簧的偏置元件可操作地连接，该复位弹簧将致动器轴推入默认的关闭(off)位置。

遗憾的是，一个与这种现有控制组件相关联的感知问题是某些用户可能缺乏足够的手指强度来将所需力量施加到致动器以实现电动机的操作。与某些现有控制组件(例如包括触发器的那些控制组件)相关联的另一个感知问题是它们倾向于使用许多移动机械部件，这增加了对磨损的易感性并且随着时间推移导致更高的维护和维修成本。此外，随着电力工具的动力能力不断增加，存在着一种感知需要以尝试减小这种动力工具的整体尺寸和重量，来对包含逐渐增大和增重的容量电动机进行补偿。

技术实现要素：

本发明旨在减轻至少一个上述问题。

本发明可以涉及几种宽泛的形式。本发明的实施例可包括本文所述的不同宽泛形式中的一种或任何组合。

在第一种宽泛形式中，本发明提供了一种用于控制具有电动机的电气装置的操作的控制组件，该控制组件包括：力传感器；致动器，其被配置为在第一相对位置和第二相对位置之间相对于力传感器移动，以便将第一力量和第二力量中的至少一个施加在力传感器上；以及控制模块，其被配置为从力传感器接收至少指示第一力量的第一信号和指示由致动器施加在力传感器上的第二力量的第二信号，其中，控制模块被配置为通过参考由接收的第一和第二信号指示的第一力量和第二力量，输出控制信号来控制电动机的速度。

优选地，第一力量可以包括由致动器施加在力传感器上的相对最小力量，并且第二力量可以包括由致动器施加在力传感器上的相对最大力量，并且由此控制模块可以被配置为通过参考由接收的第一和第二信号指示的第一力量和第二力量，输出控制信号，来分别控制电动机的速度在相对最小速度和相对最大速度。

优选地，致动器相对于力传感器在第一相对位置和第二相对位置之间的移动距离可小于约1mm。通常，力传感器可以以薄膜配置的形式实现。

优选地，开关和传感器中的至少一个可以与致动器可操作地连接，以产生指示由致动器施加到力传感器的力量的输出，由此所述电气装置的操作可以被配置为响应于指示由致动器施加到力传感器的力下降到阈值水平以下的所述开关和传感器中的至少一个的输出而被禁用。

优选地，致动器可以被配置为相对于力传感器移动到设置在第一相对位置和第二相对位置之间的至少一个中间位置，以便对力传感器施加在相对最小和相对最大力量之间的中间力量，并且由此控制模块可以被配置为接收来自力传感器的信号，该信号指示由致动器施加在力传感器上的中间力量，由此控制模块被配置为通过参考由接收信号指示的中间力量而输出控制信号来控制电动机的速度。

优选地，致动器可包括挠曲构件，其被配置为相对于力传感器在至少第一位置和第二位置之间移动，以将第一力量和第二力量施加到力传感器。

优选地，力传感器可包括机械触觉式力传感器、机械位移式力传感器、气动触摸式力传感器、箔片开关式力传感器、数字触觉传感器阵列式力传感器、电容式力传感器、金属应变仪式力传感器、半导体应变仪式力传感器、压阻式力传感器、热电式力传感器、溅射薄膜应变仪式力传感器、光学式力传感器、磁式力传感器、超声波式力传感器、化学印刷式力传感器和电化学式力传感器中的至少一种。

优选地，本发明可以包括电动机反转模块，其被配置为反转电动机的极性。

优选地，本发明可以包括触觉反馈机构，其被配置为响应于由致动器施加到力传感器的预定阈值力量而产生触觉反馈。

优选地，可以响应于由致动器逐渐施加到力传感器的多个预定阈值力量中的每一个而产生触觉反馈。

优选地，触觉反馈可以包括电气装置的振动移动、电气装置的光学输出和电气装置的听觉输出中的至少一种。

优选地，电气装置可包括电力工具和电气园艺工具中的至少一种。

优选地，致动器可以通过触发器和按钮式机构中的至少一种来操作。

在第二宽泛形式中，本发明提供了一种用于控制具有电动机的电气装置的操作的控制组件，该控制组件包括：换能器；致动器，其被配置为在第一相对位置和第二相对位置之间相对于换能器移动，以便对换能器施加第一力量和第二力量中的至少一个；以及控制模块，其被配置为从换能器接收至少指示第一力量的第一信号和指示由致动器施加在换能器上的第二力量的第二信号，其中，控制模块被配置为通过参考由接收的第一和第二信号指示的第一力量和第二力量，输出控制信号来控制电动机的速度。

优选地，第一力量可以包括由致动器施加在换能器上的相对最小力量，并且第二力量可以包括由致动器施加在换能器上的相对最大力量，并且由此控制模块可以被配置为通过参考由接收的第一和第二信号指示的第一力量和第二力量，输出控制信号来分别控制电动机的速度在相对最小速度和相对最大速度。

优选地，致动器相对于换能器在第一相对位置和第二相对位置之间的移动距离可小于约1mm。

优选地，开关和传感器中的至少一个可以与致动器可操作地连接，以产生指示由致动器施加到换能器的力量的输出，由此所述电气装置的操作可以被配置为响应于指示由致动器施加到换能器的力下降到阈值水平以下的所述开关和传感器中的至少一个的输出而被禁用。

优选地，致动器可以被配置为相对于换能器移动到设置在第一相对位置和第二相对位置之间的至少一个中间位置，以便对换能器施加在相对最小和相对最大力量之间的中间力量，并且由此控制模块可以被配置为接收来自换能器的信号，该信号指示由致动器施加在换能器上的中间力量，由此控制模块被配置为通过参考由接收信号指示的中间力量而输出控制信号来控制电动机的速度。

优选地，致动器可包括挠曲构件，其被配置为相对于换能器在至少第一位置和第二位置之间移动，以将第一力量和第二力量施加到换能器。

优选地，换能器可包括机械触觉式换能器、机械位移式换能器、气动触摸式换能器、箔片开关式换能器、数字触觉传感器阵列式换能器、电容式换能器、金属应变仪式换能器、半导体应变仪式换能器、压阻式换能器、热电式换能器、溅射薄膜应变仪式换能器、光学式换能器、磁式换能器、超声波式换能器、化学印刷式换能器和电化学式换能器中的至少一种。

优选地，本发明可以包括电动机反转模块，其被配置为反转电动机的极性。

优选地，本发明可以包括触觉反馈机构，其被配置为响应于由致动器施加到换能器的预定阈值力量而产生触觉反馈。

优选地，可以响应于由致动器逐渐施加到换能器的多个预定阈值力量中的每一个而产生触觉反馈。

优选地，触觉反馈可以包括电气装置的振动移动、电气装置的光学输出和电气装置的听觉输出中的至少一种。

优选地，电气装置可包括电力工具和电气园艺工具中的至少一种。

优选地，致动器可以通过触发器和按钮式机构中的至少一个来操作。

附图说明

从以下结合附图描述的优选但非限制性实施例的详细描述中，将更全面地理解本发明，其中：

图1示出了本发明实施例的电子电路的功能框图；

图2示出了本发明实施例的一个方面的第一侧视图；

图3示出了图2中所示实施例的侧视图，其中壳体的盖被移除以露出控制组件壳体的内部；

图4示出了本发明实施例的一个方面的第二侧视图；

图5示出了本发明实施例的一个方面的透视图；以及

图6示出了根据本发明另一实施例的方法步骤的流程图。

具体实施方式

现在将参照图1至图6描述本发明的优选实施例。实施例包括与具有电动机(170)的电力工具一起使用的变速触发器控制组件(200)，该电力工具包括例如电钻、研磨机、砂光机、锯、旋转驱动工具等。应当理解和领会的是，尽管描述了该实施例与电力工具一起使用，但这仅仅是为了说明功能性的目的，并且本发明的替代实施例当然可以与其他类型的电气装置(例如园艺工具)一起使用。还应指出，虽然本文描述的优选实施例参照力传感器的使用，但在替代实施例中，可以适当地使用任何合适类型的换能器代替力传感器而不脱离本发明的范围。为了便于说明，以下描述将因此涉及力传感器的使用，仅作为非限制性示例，但如需要，在替代实施例中可以使用合适的换能器。此外，虽然本文描述的本发明的实施例涉及包括电动机的电气装置，但是应当理解，本发明的替代实施例也可以应用于包括螺线管型机电单元以实现电气装置的可操作移动(例如，往复移动)的电气装置。

参照图2至图4，变速触发器控制组件(200)包括模制塑料壳体(250)，其安装在靠近电力工具的手柄的电力工具的主体上。壳体(250)包括第一壳体构件和第二壳体构件，第一壳体构件和第二壳体构件可以卡扣配合或螺纹连接在一起，以基本上将触发器控制组件(200)的至少一些部件封闭在其中。变速触发器控制组件(200)包括具有手指可操作部(220)的致动器，以及力传感器接合部(225)，其被配置为沿着移动轴线(x)相对于力传感器(110)从壳体(250)的开口相对向内地从关闭位置朝向开启(on)位置，以及从壳体(250)的开口相对向外地从开启位置朝向关闭位置线性可滑动地移动。当致动器(220，225)布置在关闭位置时，电动机(170)被配置为以基本上为零的旋转速度操作。当致动器(220，225)布置在开启位置时，电动机被配置为以相对最大速度运行。当致动器(220，225)在开启和关闭之间相对于力传感器(110)移动通过变化的中间位置并且不同力量被施加到力传感器(110)时，电动机(170)被配置为以相应变化的速度操作。致动器(220，225)可以由偏置元件偏置到关闭位置，偏置元件可以包括例如复位弹簧。替代地，偏置元件可以与致动器(220，225)一体地形成，例如包括可以弹性变形的挠曲构件等。

在本发明的实施例中，力传感器(110)可包括任何数量的类型的力传感器，包括例如机械触觉式力传感器、机械位移式力传感器、气动触摸式力传感器、箔片开关式力传感器、数字触觉传感器阵列式力传感器、电容式力传感器、金属应变仪式力传感器、半导体应变仪式力传感器、压阻式力传感器、热电式力传感器、溅射薄膜应变仪式力传感器、光学式力传感器、磁式力传感器、超声波式力传感器、化学印刷式力传感器和电化学式力传感器。举例来说，可以使用薄膜电容式力传感器，由此当致动器的力传感器接合部响应于触发器的手指可操作部的挤压而压靠力传感器(110)的导电板时，导电板之间的距离将同与导电板之间的距离相关的电容测量一起变化。因此，在本发明的操作的上下文中，电容测量可以用于基于致动器在小于1mm的相对小的距离上的线性移动以合适的精度测量施加到传感器的力。相比之下，传统的触发器控制组件致动机构需要致动器以大约4mm至10mm的线性距离移位。替代地，在其他示例中，力传感器可以包括薄膜力感测电阻器，其被配置为当力施加到其表面时以预定方式改变电阻。各种示例中的力传感器可以包括换能器模块，用于将测量的属性(例如，电容、电阻、电导率等)转换成电信号，该电信号可以由电气装置的处理模块和电路进一步使用，以最终控制电动机的速度。

可以进一步领会，在本发明的替代实施例中，可以使用换能器代替力传感器。换能器可包括例如机械触觉式换能器、机械位移式换能器、气动触摸型换能器、箔片开关式换能器、数字触觉传感器阵列式换能器、电容式换能器、金属应变仪式换能器、半导体应变仪式换能器、压阻式换能器、热电式换能器、溅射薄膜应变仪式换能器、光学式换能器、磁式换能器、超声波式换能器、化学印刷式力换能器以及电化学式换能器。出于说明本发明的示例实施例的目的，将仅参照力传感器的使用。

力传感器(110)可操作地与控制模块连接，该控制模块包括例如半导体芯片，其都安装在触发器控制组件(200)壳体(250)内的pcb(215)上。控制模块(130)被配置为接收来自力传感器(110)的输出电信号，并根据编程到控制模块(110)中的预定义转换协议(例如，通过参照在控制模块芯片的存储器中可访问参考的查找表)输出用于控制电动机(170)的操作的电控制信号，该电控制信号对应于从力传感器(110)接收的输出信号。控制模块(110)和设置在pcb(215)上的其他电子部件由电气装置的电源(195)供应电力，在该实施例中，电源包括电池模块(195)。正和负接触端子(280a，280b)安装在壳体(250)上，如图2至4所示，用于与电气装置的电池模块(195)进行适当的电连通。如图1所示，来自控制模块(130)的输出电控制信号被馈送到栅极驱动器电路模块(140)的输入端，该栅极驱动器电路模块被配置用于驱动一对功率mosfet器件(150a，150b)的操作以控制电动机(170)的速度和移动。功率mosfet器件(150a，150b)的输出适当地连接到安装到壳体(250)的一对电机输入端子(270a，270b)。

在使用中，控制模块(130)可以响应于由力传感器信号指示的可变力输出可变电压信号。栅极驱动器电路模块(140)可以包括定时信号发生器(例如“555”电路)，其被配置为响应于由力传感器感测到的变化的力来感测由控制模块(130)输出的可变电压信号。定时信号发生器的输出耦合到功率mosfet器件(150a，150b)的输入栅极，由此响应于所接收的定时信号，功率mosfet器件(150a，150b)被配置为以对应于定时信号发生器输出的定时间隔来开启和关闭，以适当地控制从电池(195)递送的功率量，从而控制电机的速度。

同样如图1的电路图所示，控制组件包括电动机反转模块(160)，其可通过反向杆(240)(如图2-4所示)操作，该反向杆(240)被配置为反转电动机(170)的极性并因此反转钻头或机械连接到电动机(170)的任何其他功能附件的旋转。

在优选实施例中，控制组件(200)还包括触觉开关(120)，其与致动器(220，225)可操作地连接。触觉开关(120)被配置为使得响应于致动器(220，225)的力传感器接合部(225)向力传感器(110)施加压力，触觉开关(120)被配置为开启，由此从电池模块(195)向控制模块(130)供应电力，使得电动机(170)可以由来自控制模块(170)的输出电信号控制。相反，触觉开关(120)被配置为使得响应于致动器(220，225)的力传感器接合部(225)不向力传感器(110)施加任何力，触觉开关(120)被配置为关闭，由此断开从电池(195)向控制模块(130)的电力供应，从而停止电动机(170)的操作。有利地，这提供了该实施例的安全特征，因为电动机(170)在力传感器(110)的误触发(例如由于力传感器(110)的错误操作)的情况下不可操作。从图2至图4中可以看出，触觉开关(120)可以包括致动器(230)，致动器(230)被配置为与移动轴线(x)对准地线性移动，触发器控制组件致动器(220，225)可沿着该移动轴线(x)线性移动。因此，当触发器控制组件(200)的致动器(220，225)向壳体(250)内部移动以向力传感器(110)施加力时，触觉开关(120)的致动器(230)也将在线性方向上相对于触觉开关(120)被推动以启动控制模块(130)。在替代实施例中，触觉开关(120)可以以任何数量的替代布置和配置可操作地连接到触发器控制组件(200)的其他电路部件，这可以基本上在触发器控制组件(200)的致动器(220，225)尚未由使用者操作下实现电动机(170)的停用操作的相同安全功能结果。应当知晓，虽然在本发明的这些特定示例性实施例中描述了触觉开关(120)，但是在替代实施例中可以适当地配置任何其他类型的开关或传感器(而不是触觉式传感器)，用于在致动器不向力传感器施加力时能够切断电气装置的操作。

在本发明的实施例中，触发器控制组件(200)还包括温度感测构件(190)，例如设置在pcb(215)上的ntc型热敏电阻，其可操作地与控制模块(130)和其他电子部件连接。由于通过热敏电阻的电阻是温度依赖型的，当dc电流从控制模块(130)通过热敏电阻时，如果环境温度超过阈值，则热敏电阻两端的输出电压被配置为停用控制模块(130)的操作并因此停用电动机(170)的操作。这是期望的安全特征，以减轻由于电气装置的过热而损坏电气装置和用户的风险。可以看出，led指示器(180)也设置在pcb(215)上，其与控制模块(130)可操作地连接并且被配置为输出指示电气装置的操作模式的变化的光发射特性(例如，不同的输出颜色变化)。例如，在电气装置开启的情况下，可以从led发射绿光，并且在力传感器或其他部件中检测到故障的情况下，可以从led发射红光。

此外，在本发明的优选实施例中，散热构件(260)位于壳体(250)内并且被配置为与pcb(215)和有助于通过设置在壳体(250)的壁中的通风口将热能从电气装置的这些部件散发到环境空气中的任何其他部件热连通。

在本发明的某些实施例中，触发器控制组件可以包括触觉反馈机构，该触觉反馈机构被配置为响应于当用户挤压致动器的手指可操作部时由致动器施加到力传感器的力的阈值量来产生触觉反馈。触觉反馈可以包括例如电气装置的触发器控制组件的振动移动，其可以由用户握住触发器的手感觉到。当用户挤压致动器的手指可操作部以便逐渐增加施加到力传感器的力量时，触觉反馈机构可以被配置为在每次施加到力传感器的力逐渐超过逐渐增加的力的阈值量时产生触觉反馈响应。有利地，由于致动器的物理位移距离可小于1mm，触觉反馈机构的操作可有助于提供当使用者挤压触发器以提高电机的速度时，致动器的移动深度的感知。

提供附图的图6以进一步概括本发明的另一实施例中涉及的宽泛的过程步骤，其中块(300)表示触发器控制组件的致动器响应于用户手指挤压触发器对力传感器施加力的步骤，块(310)表示力传感器感测由致动器施加的力并且向控制模块输出指示由致动器施加的感测力的电信号的步骤，并且块(320)表示控制输出控制信号的步骤，该控制信号用于通过参考由致动器施加到力传感器的感测力来控制电力工具的电动机的速度。控制模块可以例如输出对应于施加到力传感器的感测力的预定义控制信号(经由存储在控制模块的存储器模块中的查找表可交叉引用)。

从本公开内容将变得显而易见的是，本发明的实施例可以有助于提供优于现有技术的一个或多个以下优点：

(i)与包括弹簧偏置致动器的传统触发器控制组件的操作相比，可以校准由用户的手指施加以触发电机的变速操作所需的阈值力的范围以适应较低的阈值力的范围。因此，这可能更适合于具有相对较弱手指强度的用户使用；

(ii)与包括弹簧偏置致动器的传统触发器组件相比，本发明的实施例使用较少移动的部件，并且这可以减轻触发器控制组件的磨损和损坏的发生率，并且减轻与因磨损和损坏而产生的电气装置维护和修理相关的成本；

(iii)本发明的实施例利用力传感器或换能器，该力传感器或换能器可以通过致动器沿相对小的行进距离(例如小于1mm)的移动来作用，以产生具有适当的精度的合适的力读数范围以实现电机的变速控制。相比之下，在某些传统触发器组件中的弹簧偏置致动器的移动范围通常至少在4mm-10mm之内。因此，本发明的实施例提供了相对紧凑和轻质的触发器控制组件，其可以方便地减小电气装置的整体尺寸和重量，以改善存储、便携性和手感。此外，致动器的相对小的行进距离(通常小于1mm)意味着可以使用较短的致动器来触发，并且由于在触发期间致动器所需的行进距离较短，可以更加响应地控制电机的速度变化；以及

(iv)在本发明的实施例的触发器组件中使用某些力传感器或换能器(包括例如薄膜式力传感器或换能器)可能优于某些现有的触发器组件，因为力传感器或换能器可能被相对成本有效地制造并倾向于表现出相对好的抗冲击性，以便适合于在电力工具等中的应用。

虽然上述实施例涉及用于实现电动机的变速控制的触发器组件，但是应当理解，在某些实施例中，可能仅需要电动机的开启和关闭状态，由此开启状态可以是电动机的相对最大速度。这样的实施例可以通过例如将控制模块配置为仅向电动机输出两个控制信号来容易地实现-即，关闭控制信号，用于当感测力低于预定阈值力值时停用电动机的操作，和开启控制信号，用于当感测力等于或大于预定阈值力值时以最大操作速度启动电动机的操作。在最大开启和关闭设置之间的中间速度下，将不使用中间阈值力值来控制电动机的操作。

本领域技术人员将理解，除了那些具体描述的之外，本文所述的发明易于进行变化和修改而不脱离发明的范围。对于本领域技术人员来说显而易见的所有这些变化和修改应当被认为落入如上所述的本发明的精神和范围内。应知晓，本发明包括所有这些变化和修改。本发明还包括在说明书中单独或共同引用或指出的所有步骤和特征，以及所述步骤或特征中任何两个或更多个的任何及所有组合。

本说明书中对任何现有技术的引用不是也不应被视为对现有技术形成公知常识的一部分的承认或任何形式的暗示。