专利名称：电动工具的控制方法及应用该控制方法的电动工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动工具的控制方法，尤其涉及一种用于控制电动螺丝刀 的电纟几转速的方法。本发明还涉及一种应用上述控制方法的电动工具，尤其涉及一种应用该控 制方法的电动螺丝刀。
技术背景现有的电动工具，如电动螺丝刀，通过加载的电源提供电流，来驱动电机 转动，从而使工作头旋转以将螺丝钻进木板中。不同类型的螺丝具有不同的主 体直径，或者具有不同的头部形状，如此，其钻进同一木板中的情形也各不相 同。此外，不同的木板由于材质不同使得其硬度也不同，如此，同一螺丝钻进 不同材质的木板中的情况也不尽相同。通常在电动螺丝刀的使用过程中，使用 者需要将螺丝钻至头部贴近工件的表面，如此，使用者需要非常小心地关注钻 进过程，以当螺丝的头部贴近工件的表面时控制电机停转。从而， 一方面避免 螺丝头部被过深地钻入木板内部，另 一 方面避免螺丝头部被不小心钻进木板后， 由于遭受过大阻力而使电机过载。通常这种电动工具会设有过载保护装置。这种过载保护装置可以是一种机 械式离合器，可在上述电流过载的情况下，使电动工具的工作头与电机脱离配 合。采用这种过载保护装置的电动工具通常会同时在其机壳的前部设有一个扭 力罩，即一个标有若干刻度的可旋转的罩子。这些刻度表示电动工具工作的极 限扭力档位。使用者使用时可预先通过旋转扭力罩来设定电动工具工作的极限 扭力值，也就是说，当电动工具工作中输出的扭力矩达到或超过该预先设定的 极限值时，离合器系统会自动开始工作而使电动工具的工作头和电机脱离配合。 此外，采用这种过载保护装置的电动螺丝刀也可以是在其机壳的前端延伸出一 个套管，该套管的前端与电动螺丝刀的工作头的前端基本持平。通过这种设置， 当螺丝钻到的其头部贴到木板的表面时，套管的前端部也贴到木板的表面，再 进一步钻动螺丝，套管会受到木板的抵压而使其触动机壳内的离合器机构，从 而使工作头和电机脱离配合。然而上述机械式离合器结构都较为复杂，制造麻 烦，成本较高。发明内容本发明提供一种电动工具的控制方法，其可自动确保由电动工具的工作头 驱动的工作件到达预定位置，并且该工作件不会进 一 步越过该预定位置。本发明还提供一种应用上述控制方法的电动工具，其具有电子控制组件，可避免由工作头驱动的工作件在到达预定位置后进一步越过该位置。 为实现上述目的，本发明的技术方案是一种电动工具的控制方法，其中电动工具被供给电流来产生一旋转速度， 该控制方法包括如下步骤测量供给电动工具的随时间(t)变化的电流(i); 获得所述电流对时间的一次导数(di/dt)或二次导数(d2i/dt2); 根据所述一 次导数或二次导数生成相应的控制信号；以及 根据所述控制信号降低所述电动工具的旋转速度。 一种电动工具，包括电机，用于驱动工作头旋转，其具有一旋转速度； 电源，用于供给所述电机电流； 传感器，用于测量所述电流；控制组件，用于检测所述电流随时间的变化率，从而生成控制信号来降低 所述电机的旋转速度。与现有技术相比，本发明通过在电动工具内增设相关的电子控制组件来自 动检测工作头驱动的工作件是否已到达预定位置，并且在检测到该工作件到达 预定位置后执行相应动作，确保其不会进一步越过该预定位置。并且，由于没 有采用复杂的机械式离合器结构，使制造简单，成本降低。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。 图1是现有的电动工具工作时的电流与时间的关系曲线图。 图2是图1中电流对时间一次求导后的导数曲线图。 图3与图1中电流对时间二次求导后的导数曲线图。 图4是本发明的电动工具的工作原理框图。
具体实施方式
本发明的控制方法可应用于多种类型的电动工具，以下主要以电动螺丝刀 为具体实施方式
进行说明。如图1所示的电动螺丝刀工作时电流随时间的变化曲线图。配合参照图4所示，该电动螺丝刀2被使用者按压以驱使工作件14,在本实施方式中该工作件为螺丝，钻入一木板16中。使用者的按压力基本上接近一个常量。其中字母 t表示螺丝钻入木板的时间及随之螺丝在木板中相应的位置。字母i表示提供给 电动螺丝刀的电冲几的电流以及随之相应加载在电4几上的负栽或马区动力。图1中的曲线包括第一部分A,第二部分K,和第三部分B。其中第一部 分A是一段上升曲线，其表示螺丝的主体部分钻入木板的钻进过程，这段上升 曲线基本上是线性的，或者可以稍微有些弯曲和波折。紧随着第一部分A的第 二部分K也可以称作拐点部分(knee) K。该拐点部分K是一个正向的曲线变 化，也就是说，拐点部分K相对于第一部分A有向上倾斜的突变，这表示螺丝 的头部开始接触到木板的表面。紧随拐点部分K的是第三部分B,其同样是一 段基本上是线性的，或者可以稍微有些弯曲和波折的上升曲线。但曲线B要比 曲线A陡峭得多。事实上，图1中的曲线表示的是没有应用本发明的控制方法进行保护的电 动工具的工作情况，所以曲线的第三部分B表示此时电动工具会产生非常高的 电流而导致将螺丝的头部钻入木板中。因此，有必要在拐点部分K之后采取必 要的措施来避免上述产生过高电流的情形发生。当螺丝钻至与拐点部分K对应的位置时，继续钻入过程不仅会使螺丝的头 部钻入木板中，而且也可能会损坏电机。所以，本发明是基于自动检测拐点部 分K，然后在检测到以后自动采取相应的预防措施。图2和图3将解释本实施方式中如何检测拐点部分K.图2是图1中电流i对时间t求一次导数di/dt后的曲线图。其中，图l中 的第一部分A和第二部分B在该图上相应显示为平行于水平坐标轴t的直线， 而第二部分K则显示为一急速上升的曲线。图2是图1中电流i对时间t求二次导数d2i/dt2后的曲线图。其中，图1 中的第一部分A和第二部分B经二次求导后数值已变为零，而第二部分K则 显示为一开口向下的抛物线，并在抛物线的顶部区域(包含抛物线顶点在内的 一个特定区间)形成一峰值信号p。配合参照图4所示，当该峰值信号p形成 时，会随之产生一个控制信号s。当然，在优选的实施方式中，可预先设定一 个极限值v，该控制信号s仅当峰值信号p为正值并且数值上大于预设的极限 值v时产生。对于本领域的普通技术人员可轻易想到的是，该控制信号s也可 在电流i对时间t第一次求导后产生，如通过电容器的方式，当检测到一次导 数大于一预定的极限值之后即产生控制信号s。图4所示的是本发明的应用上迷控制方法的电动工具，以下仍以电动螺丝刀为例进行说明。电动螺丝刀2包括部分4、电源18、和开关20。其中部分4 包括电机6，用于驱动一工作头14旋转，以将一螺丝14钻进木板16中。电机 6到工作头14之间依次通过一机械式弹簧与离合器系统12、以及一卡盘10连 接。当然在本实施方式中，离合器系统也可省去。本实施方式中，电源18是直 流电源，或者是可充电电池，可在开关20闭合时供给电机6直流电。当然，本 领域的普通技术人员也可轻易想到，采用交流电源替代本实施方式中的直流电 源。电源1 8和电机6之间连接有电子控制装置2 2和用于检测电流的传感器2 4 。 该电动螺丝刀还包括一第一求导单元26和第二求导单元28。本实施方式中， 传感器24会实时检测供给电机的电流i，同时生成与检测到的电流成一定比例 的信号并传递给第一求导单元26;而后第一求导单元26根据电流和时间求得 如图2所示的第一导数di/dt,同时生成一个与该第一导数成一定比例的信号并 进一步传递给第二求导单元28;随后，第二求导单元28求得如图3所示的第 二导数，并在预设条件产生时，如上述提到的当峰值信号p为正值并且数值上 大于预设的极限值v时，生成控制信号s。在本实施方式中，该控制信号s被 用于降低电机的转速或中断向电机提供电力。也就是说，控制信号s被用于将 供给电机的电流i减小到一个较低的水平或减至零，从而来降低电机的转速或 使电机停转。当然，该控制信号s也可被用于改变电流i的流向，从而使电机6 能迅速的停下来。在本实施方式中，控制信号s会被传递到电子控制装置22， 而后由电子控制装置22来执行相应的动作，这些动作可以是在峰值信号p产生 后即时产生，也可以是延迟一段时间后产生，该延迟可以在电子控制装置22 内实现，也可以通过单独设置的延迟单元来实现。如前所述，控制信号s也可以由第一求导单元26在一次求导并满足特定条 件后直接生成并传递给电子控制装置22来实现相应动作。在优选的实施方式中，电子控制装置22可以包括一微处理器，上述第一求 导单元26、第二求导单元28、或者可能存在的延迟单元等所实现的功能均可以 通过固化在微处理器内的指令来执行。在其他可选的实施方式中，供给电机6的电流i可以在连续的时间间隔At 内测得，这些连续的时间间隔At可以是相同的。检测到的电流i随后被数字化 处理，分别求两个连续的时间间隔内的电流对时间的 一 次导数di/dt,而后比较 这两个一次导数；如果比较的结果表明两者基本上不相同(相当于前述实施方7式中的二次求导)，即意味着螺丝的头部已到达木板16的表面，接着就会生成 前面提到的控制信号s。本发明通过在电动工具内增设相关的电子控制组件来自动检测工作头驱动 的工作件是否已到达预定位置，并且在检测到该工作件到达预定位置后执行相 应动作，确保其不会进一步越过该预定位置。上述以电动螺丝刀为例进行说明，当然，本发明的控制方法也可以应用于 其他电动工具，如电钻、电动扳手等。由于这种应用对于本领域的普通技术人 员而言，可通过上述实施方式轻易实现，所以申请人在此不再予以赘述。
权利要求
1. 一种电动工具的控制方法，其中电动工具被供给电流来产生一旋转速度，该控制方法包括如下步骤测量供给电动工具的随时间(t)变化的电流(i)；获得所述电流对时间的一次导数(di/dt)或二次导数(d2i/dt2)；根据所述一次导数或二次导数生成相应的控制信号；以及根据所述控制信号降低所述电动工具的旋转速度。
2. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于在产生控制信号的步骤前 还包括预先设定 一 个极限值，所述控制信号只有在所述 一 次导数或二次导数为 正值且数值大于所述预定极限值时才生成。
3. 根据权利要求1所述的控制方法，其进一步包括 在连续的时间间隔内测量所述供给电动工具的电流； 比较两个连续的时间间隔内获得的 一 次导数；当所述的两个连续的时间间隔的 一 次导数不相同时，生成所述控制信号。
4. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述控制信号被延迟生成。
5. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述控制信号被用于将电 动工具的旋转速度设定到 一个低速水平或零，所述控制信号即时或在预定的延 迟时间后产生。
6. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于所述供给电动工具的电 流是直流电流，所述控制信号被用于改变所述直流电流的流向以使电动工具停转。
7. —种电动工具，包括电机，用于驱动工作头旋转，其具有一旋转速度； 电源，用于供给所述电机电流； 传感器，用于测量所迷电流；控制组件，用于检测所述电流随时间的变化率，从而生成控制信号来降低 所述电机的旋转速度。
8. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于所述传感器在连续的时 间间隔内测量所述电流，其中控制组件用于在每 一 时间间隔内确定所述电流对时间的 一 次导数(di/dt); 比较两个连续时间间隔的一次导数；以及如果所述两个连续时间间隔的一次导数不相同，生成所述控制信号。
9. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于所述控制组件包括微处 理器。
10. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于所述控制信号被用于 将电机的旋转速度设定到 一 个低速水平或零，所述控制信号即时或在预定的延 迟时间后产生。
11. 根据权利要求7所迷的电动工具，其特征在于该电动工具进一步包括 用于根据所述控制信号关断所述供给电机电流的开关。
12. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于所述控制组件被用于根 据所述控制信号的产生来改变所述供给电机的电流的流向以使电动工具停转。
13. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于该电动工具进一步包括 延迟单元，用于延迟所述控制信号的发生。
14. 根据权利要求13所述的电动工具，其特征在于所述延迟单元的延迟 时间由该电动工具的使用者设定。
15. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于所述电流随时间的变化 率为电流对时间的 一 次导数(di/dt)或二次导数(d2i/dt2 ),所述控制信号在所 述一次导数或二次导数为正值并且数值上大于预先设定的极限值时产生。
16. 根据权利要求7所述的电动工具，其特征在于所述电流随时间的变 化率为电流对时间的一次导数(di/dt)，所述控制信号通过电容方式源自于所述 一次导数。
全文摘要
本发明涉及一种电动工具，其包括电机，用于驱动工作头旋转，其具有一旋转速度；电源，用于供给所述电机电流；传感器，用于测量所述电流；控制组件，用于检测所述电流随时间的变化率，从而生成控制信号来降低所述电机的旋转速度。本发明通过在电动工具内增设相关的电子控制组件来自动检测工作头驱动的工作件是否已到达预定位置，并且在检测到该工作件到达预定位置后执行相应动作，确保其不会进一步越过该预定位置。
文档编号H02H7/08GK101247100SQ20071002015
公开日2008年8月20日 申请日期2007年2月16日 优先权日2007年2月16日
发明者强尼·鲍瑞那图, 沈建成 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司