电动工具的制作方法
【专利摘要】一种电动工具(10)，包括：马达(21)，用于生成转动动力；以及动力传递单元(22)，用于将来自所述马达的转动动力传递至输出轴(25)。所述动力传递单元被配置为使与所述转动动力有关的转动速度减速并且能够改变减速比。变速致动器(27)改变所述动力传递单元的减速比。转矩检测器(41)检测施加至所述输出轴的负荷转矩。控制单元(23)根据检测到的负荷转矩来对所述变速致动器进行控制以改变所述动力传递单元的减速比。所述控制单元通过对所述动力传递单元进行控制，在从所述控制单元增加所述动力传递单元的减速比起经过了预定时间之前，减少所述马达的输出。
【专利说明】电动工具【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括能够改变减速比的动力传递单元的电动工具。
【背景技术】
[0002]电动工具包括:动力传递单元，用于使马达所产生的转动动力减速；以及控制单元，用于对该动力传递单元进行控制以自动改变该动力传递单元的减速比(例如，参见日本特开2012-30347)。这种电动工具包括输出轴和连接至该输出轴的前端工具(刀头)。可以根据供给至马达的驱动电流来检测施加至输出轴的负荷转矩。控制单元基于检测到的负荷转矩来改变动力传递单元的减速比。
【发明内容】
[0003]动力传递单元包括减速齿轮。减速齿轮的数量的增加造成了动力传递单元大型化。由于特别是在电动工具为便携型的情况下期望电动工具为紧凑型，因此动力传递单元中的减速齿轮的数量通常限制为两个。然而，在这种情况下，在仅存在两个减速齿轮(两级减速)的情况下，两个减速比之间的差较大。
[0004]在诸如用于利用钻头驱动器来紧固螺钉等的使用电动工具的实际作业中，随着螺钉变得紧固，施加至输出轴的负荷转矩增加。因而，控制单元对动力传递单元进行控制以切换至减速比大的减速级。然而，例如在螺钉没有适当地紧固至被紧固对象由此造成前端工具(输出轴)锁定(即马达锁定)的情况下，可能会发生负荷转矩的增加。在这种情况下，在动力传递单元切换至减速比大的减速级时，从电动工具向使用者施加了大的冲击。特别地，在电动工具使用减速比差大的动力传递单元的情况下，该电动工具紧挨在变速至大的减速比之后，向使用者施加了甚至更大的冲击。
[0005]本发明的目的是提供一种用于抑制变速之后施加至使用者的冲击的电动工具。
[0006]本发明的一个方面是一种包括用于生成转动动力的马达的电动工具。动力传递单元用于将来自所述马达的转动动力传递至输出轴。所述动力传递单元被配置为使与所述转动动力有关的转动速度减速并且能够改变减速比。变速致动器用于改变所述动力传递单元的减速比。转矩检测器用于检测施加至所述输出轴的负荷转矩。控制单元用于根据检测到的负荷转矩来对所述变速致动器进行控制，以改变所述动力传递单元的减速比。所述控制单元通过对所述动力传递单元进行控制，在从所述控制单元增加所述动力传递单元的减速比起经过了预定时间之前，减少所述马达的输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是根据本发明的一个实施例的电动工具的示意图；
`[0008]图2是说明图1所示的电动工具的操作的示例的流程图；
[0009]图3是说明图1所示的电动工具的操作的示例的图；
[0010]图4是说明变形例的电动工具的操作的示例的流程图；以及[0011 ] 图5是说明图4所示的电动工具的操作的示例的图。
【具体实施方式】
[0012]现在将说明电动工具10的一个实施例。
[0013]电动工具10例如用作钻头驱动器。如图1所示，电动工具10包括主体11和以能够移除的方式安装至主体11的电池组12。主体11包括:马达21，其是在被供给来自电池组12的电力的情况下进行驱动的；动力传递单元22，用于使来自马达21的转动动力减速；以及控制单元23，用于对电动控制10进行控制。电池组12包括由多个电池单元(例如，锂离子单元)构成的可再充电电池。
[0014]马达21包括转动轴24。包括减速机构和离合器机构的动力传递单元22连接至转动轴24。动力传递单元22使从马达21获得的转动动力的转动速度减速,并且将该转动动力传递至输出轴25。动力传递单元22包括H齿轮和L齿轮这两个减速齿轮。因而,可以分两级改变动力传递单元22的减速比。输出轴25的前端连接有前端工具26 (刀头)。因此，电动工具10被配置为通过将来自马达21的转动动力经由动力传递单元22传递至输出轴25来使前端工具26连同输出轴25 —起转动。动力传递单元22被设置成L齿轮的减速比大于H齿轮的减速比。因而，L齿轮使得能够进行高转矩的低速转动。
[0015]动力传递单元22包括变速致动器27，其中该变速致动器27用于改变动力传递单元22的减速比。变速致动器27可以是马达致动器。控制单元23对变速驱动器28进行控制以向变速致动器27供给特定量的电力。变速致动器27利用从变速驱动器28供给的电力进行工作。因此，变速致动器27在经由变速驱动器28的控制单元23的控制下切换动力传递单元22的减速级。此外，电动工具10的主体11包括驱动状态检测器27a,其中该驱动状态检测器27a用于检测变速致动器27的位置。基于驱动状态检测器27a检测到的变速致动器27的位置，控制单元23判断在动力传递单元22中选择了 H齿轮和L齿轮中的哪一个。控制单元23基于从电池组12供给的调压电力进行工作。变速驱动器28例如由使用开关元件(例如，FET)的H桥电路构成。控制单元23向变速驱动器28提供控制信号。基于该控制信号，变速驱动器28改变针对变速致动器27的马达的转动方向，并且进行PWM控制以向变速致动器27供给电力。
[0016]电动工具10的主体11包括由例如使用多个开关元件(例如，FET)的H桥电路构成的开关驱动电路29。开关驱动电路29向马达21供给驱动电力。马达21基于来自开关驱动电路29的电力产生转动。控制单元23对开关驱动电路29进行控制并且对来自电池组12的电力进行PWM控制以向马达21供给电力。换句话说，控制单元23经由开关驱动电路29控制供给至马达21的电力。这样控制了马达21的转动速度。
[0017]电动工具10的主体11包括使用者可以操作的触发开关31。由使用者启用和停用的触发开关31启动和停止马达21。此外，触发开关31将与触发开关31的操作量(触发拉下量)相对应的输出信号提供至控制单元23。控制单元23基于来自触发开关31的输出信号来控制由开关驱动电路29供给至马达21的电力，以启动和停止马达21并且调整马达21的转动速度。
[0018]电动工具10的主体11包括电流检测器41，其中该电流检测器41配置在开关驱动电路29和马达21之间，用于检测供给至马达21的驱动电流。电流检测器41包括检测电阻器42和放大电路43 (运算放大器)。检测电阻器42连接在开关驱动电路29和马达21之间。放大电路43放大检测电阻器42的端子间的电压以生成提供至控制单元23的检测信号。控制单元23基于按预定采样周期获取到的来自电流检测器41的检测信号来检测驱动电流。此外，控制单元23基于检测到的驱动电流和在检测驱动电流时动力传递单元22切换至的减速级来检测施加至输出轴25 (前端工具26)的负荷转矩。控制单元23基于检测到的负荷转矩来检测马达21的锁定，并且根据该检测来控制马达21。
[0019]在电动工具10中，控制单元23基于检测到的负荷转矩来控制变速致动器27并且自动切换动力传递单元22的减速级。动力传递单元22的减速机构例如是行星齿轮减速机构。动力传递单元22的该减速机构包括:恒星齿轮,其绕马达21的转动轴24的轴转动；行星齿轮，其与恒星齿轮啮合；以及环形齿轮，其与行星齿轮啮合。变速致动器27使环形齿轮移动以改变与该环形齿轮啮合的行星齿轮。这样控制了动力传递单元22的减速级。驱动状态检测器27a检测变速致动器27是否已使环形齿轮移动至正确位置并且将相应的检测信号提供至控制单元23。控制单元23基于该驱动状态检测器27a的检测信号来控制变速致动器27。
[0020]在电动工具10中，在使用者拉下触发开关31时，将与该拉下量相对应的输出信号提供至控制单元23。控制单元23基于来自触发开关31的输出信号来控制开关驱动电路29，以启动和停止马达21并且控制马达21的转动速度。动力传递单元22使来自马达21的转动动力的转动速度减速并且将该转动动力传递至输出轴25以使前端工具26转动。控制单元23根据负荷转矩使动力传递单元22的减速级改变成H齿轮或L齿轮。更具体地，在负荷转矩小的情况下在动力传递单元22中选择H齿轮，以按小转矩的高速转动来驱动前端工具26。在启动电动工具10时，在动力传递单元22中选择H齿轮。在负荷转矩增加并且超过预定转矩的情况下，在动力传递单元22中选择L齿轮。这样以高转矩的低速转动来驱动前端工具26。此外，控制单元23基于来自电流检测器41的检测信号来检测马达21的锁定，并且在检测到锁定时停止马达21。在变速至L齿轮之后，控制单元23减少马达21的输出。
[0021 ] 现在将说明电动工具10的操作的示例。
[0022]参考图3，利用H齿轮驱动电动工具10，并且在时间t0处负荷转矩(负荷电流)达到阈值电流10。控制单元23判断为负荷转矩T满足了变速条件(达到阈值10)并且使动力传递单元22从H齿轮变速为L齿轮。这里，控制单元23中断向着马达21的电力供给。
[0023]转矩与电流成比例。因而，直到从动力传递单元22从H齿轮变速为L齿轮起经过了预定时间为止，控制单元23根据该经过时间来分三级减少马达21的电流(输出)。现在将详细说明电流的减少。
[0024]参考图2，控制单元23使用驱动状态检测器27a来检测变速致动器27的状态、即选择了 H齿轮还是L齿轮(步骤S10)。在利用驱动状态检测器27a判断为选择了 H齿轮的情况下(步骤SlO中为“否”)，控制单元23继续使用H齿轮。
[0025]在利用驱动状态检测器27a判断为选择了 L齿轮的情况下(步骤SlO中为“是”)，控制单元23判断计时器C是否启动以测量时间(步骤S20)。
[0026]在计时器C没有开始时间测量的情况下(步骤S20中为“否”)，控制单元23重置计时器C (步骤S21)。然后，控制单元23利用计时器C开始测量时间(步骤S22)。[0027]在计时器C已开始测量时间的情况下(步骤S20中为“是”)或在计时器C开始测量时间的情况下(步骤S22)，控制单元23根据经过时间来减少输出。更具体地，在从时间测量开始起的经过时间处于时间t2内的情况下(步骤S30中为“是”)，控制单元23将阈值Il设置作为马达21的负荷电流的上限(步骤S31)。在从时间测量开始起的经过时间长于或等于时间t2(步骤S30中为“否”)但短于时间t3(步骤S32中为“是”)的情况下，控制单元23将阈值12设置作为马达21的负荷电流的上限(步骤S33)。在从时间测量开始起的经过时间长于或等于时间t3(步骤S32中为“否”)但短于时间t4(步骤S34中为“是”)的情况下，控制单元23将阈值13设置作为马达21的负荷电流的上限(步骤S35)。在步骤S3US33或S35中设置了阈值11、12或13的情况下，控制单元23对开关驱动电路29进行控制，以使得马达21的负荷电流的上限处于阈值11、12或13(步骤Sll)。这样，通过逐级减少马达21的负荷电流，抑制了急剧转矩变化。这样减轻了施加于使用者的冲击。
[0028]如图2和3所示，在从时间测量开始起的经过时间长于或等于时间t4的情况下(步骤S34中为“否”)，没有设置马达21的负荷电流的上限、即没有进行输出减少(步骤S36)。控制单元23没有设置马达21的负荷电流的上限，并且根据触发开关31的拉下量等来控制开关驱动电路29。控制单元23通过解除马达21的负荷电流减少控制来使马达21以最大转矩工作，由此可以使螺钉完全紧固。
[0029]本实施例具有以下所述的优点。
[0030](I)控制单元23减少马达21的输出，直到从控制单元23进行用于增加动力传递单元22的减速比的控制起经过了预定时间为止。这样减轻了变速之后的冲击并且抑制了施加至使用者的冲击。
[0031](2)控制单元23使马达21的负荷电流(输出)的减少量随着时间经过而逐渐减少。这样抑制了急剧转矩变化并且减轻了施加于使用者的冲击。
[0032]本领域技术人员应当显而易见，可以在没有背离本发明的精神或范围的情况下以多种其它特定形式来体现本发明。特别地，应当理解，本发明可以按以下形式来体现。
[0033]在以上实施例中，检测马达21的负荷电流，并且抑制负荷电流的输出。作为代替，参考图4和5所示的示例，由于马达21的负荷电流与开关驱动电路29内的开关元件(FET)的占空比相对应，因此可以抑制该占空比以获得与上述实施例相同的优点。在这种情况下，可以省略用于检测马达21的负荷电流的检测电阻器42和放大电路43。
[0034]现在将说明图4和5所示的控制。用于使用H齿轮来进行驱动的处理和用于变速至L齿轮的处理与以上实施例大致相同并且不进行详细说明。
[0035]参考图5，在使动力传递单元22从H齿轮变速至L齿轮时，如果在向着马达21的电力供给中断的状态下动力传递单元22变速至L齿轮，则控制单元23随着时间经过分三级减少马达21的占空比(输出)，直到从动力传递单元22变速至L齿轮起经过了预定时间为止。
[0036]参考图4，控制单元23使用驱动状态检测器27a来检测变速致动器27的状态、SP选择了 H齿轮还是L齿轮(步骤S10)。在利用驱动状态检测器27a判断为选择了 L齿轮的情况下(步骤SlO中为“是”)，控制单元23判断计时器C是否开始测量时间(步骤S20)。
[0037]在计时器C没有开始时间测量的情况下(步骤S20中为“否”)，控制单元23重置计时器C (步骤S21)。然后，控制单元23利用计时器C开始测量时间(步骤S22)。[0038]在计时器C已开始测量时间的情况下(步骤S20中为“是”)、或者在计时器C开始测量时间的情况下(步骤S22)，控制单元23根据经过时间来减少输出。更具体地，在从时间测量开始起的经过时间处于时间t2内的情况下(步骤S30中为“是”)，控制单元23将阈值Dl设置作为马达21的占空比的上限(步骤S41)。在从时间测量开始起的经过时间长于或等于时间t2(步骤S30中为“否”)但短于时间t3(步骤S32中为“是”)的情况下，控制单元23将阈值D2设置作为马达21的占空比的上限(步骤S42)。在从时间测量开始起的经过时间长于或等于时间t3(步骤S32中为“否”)但短于时间t4(步骤S34中为“是”)的情况下，控制单元23将阈值D3设置作为马达21的占空比的上限(步骤S43)。在步骤S4US42或S43中设置了阈值D1、D2或D3的情况下，控制单元23对开关驱动电路29进行控制，以使得马达21的占空比的上限处于阈值D1、D2或D3 (步骤Sll)。这样，通过逐级减少马达21的占空比(输出)，获得了与以上实施例相同的优点(2)。
[0039]如图4和5所示，在从时间测量开始起的经过时间长于或等于时间t4(步骤S34中为“否”)的情况下，没有设置马达21的占空比的上限，即没有进行输出减少(步骤S44)。控制单元23没有设置马达21的占空比的上限，并且根据触发开关31的拉下量等来控制开关驱动电路29。控制单元23通过解除马达21的占空比减少控制来使马达21以最大转矩工作，由此可以使螺钉完全紧固。
[0040]在以上实施例中，在变速至L齿轮之后，分三级来抑制输出，但还可以以一级或分两级来抑制输出。还可以分四级以上来抑制输出。
[0041]在以上实施例中，如图1所示，可以使用转动检测器51来基于马达21的转动速度检测马达21的锁定。转动检测器51可以配置在马达2的输出轴24上。转动检测器51包括:传感器磁体52，其设置有固定至转动轴24并且与转动轴24—体转动的磁极；以及霍尔(Hall)兀件53,其被配置成与传感器磁体52相对。霍尔兀件53将表不基于传感器磁体52的转动的磁通量的变化的检测信号提供至控制单元23。控制单元23基于来自转动检测器51的检测信号来检测马达21的转动速度。控制单元23还根据转动速度的变化来检测马达21的锁定。更具体地，控制单元23根据转动检测器51检测到的马达21的转动速度来检测马达21的锁定。在马达21中发生锁定的情况下，马达21的转动速度急剧下降。因此，控制单元23被配置为基于负荷转矩T和转动速度这两者来检测马达21的锁定。例如，在转动速度没有降低或转动速度的减速速率低的情况下，控制单元23判断为没有发生马达21的锁定。这样提高了马达21的锁定的检测精度。
[0042]在以上实施例中，根据供给至马达21的负荷电流来间接地检测负荷转矩T。作为代替，可以直接测量施加至输出轴25的转矩。
[0043]在以上实施例中，动力传递单元22切换至两个减速比。作为代替,动力传递单元22可以切换至三个以上的减速比。
[0044]在以上实施例中，变速致动器27包括马达致动器。然而，变速致动器27并非必须使用马达作为驱动源，并且作为代替，还可以使用螺线管等。
[0045]在以上实施例中，电动工具10体现为钻头驱动器，但还可以体现为诸如冲击起子、冲击扳手、冲击钻孔器、振动钻孔器、竖锯和密封枪等的不同类型的电动工具。
[0046]这些例子和实施例应被认为是示例性而并非限制性的，并且本发明不局限于这里给出的详细内容，而且可以在所附权利要求书的范围及其等同结构内对本发明进行修改。
【权利要求】
1.一种电动工具(10)，包括: 马达(21)，用于生成转动动力； 动力传递单元(22)，用于将来自所述马达(21)的转动动力传递至输出轴(25)，其中所述动力传递单元(22)被配置为使与所述转动动力有关的转动速度减速并且能够改变减速比； 变速致动器(27)，用于改变所述动力传递单元(22)的减速比； 转矩检测器(41)，用于检测施加至所述输出轴(25)的负荷转矩；以及 控制单元(23)，用于根据检测到的负荷转矩来对所述变速致动器(27)进行控制，以改变所述动力传递单元(22)的减速比， 其中，所述电动工具的特征在于: 所述控制单元(23)通过对所述动力传递单元(22)进行控制，在从所述控制单元(23)增加所述动力传递单元(22)的减速比起经过了预定时间之前，减少所述马达(21)的输出。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于， 所述控制单元(23)对所述变速致动器(27)进行控制，以使所述马达的输出的减少量随着时间的经过而逐渐减少。
3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于， 所述控制单元(23)对所述变速致动器(27)进行控制，以使所述马达(21)的输出的减少量逐级减少。
4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，还包括: 计时器(C)，用于测量从所述动力传递单元(22)的减速比改变起的经过时间， 其中，所述控制单元(23)根据所述计时器(C)所测量到的时间，来对所述变速致动器(27)进行控制并且使所述马达(21)的输出的减少量逐级减少。
【文档编号】B25F5/00GK103659747SQ201310395546
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】岩村则宏, 池田昌树 申请人:松下电器产业株式会社