用于电气设备的变速控制器的电气开关模块的制作方法

本发明涉及用于电气设备的变速控制组件的电气开关模块，所述电气设备诸如是诸如电动工具等。

背景技术：

电动工具中的常规变速控制通常可以使用具有可变电阻器元件(例如，布置在印刷电路板上的碳膜)的电位计等来实现。从碳膜获得的有效电阻可以响应于致动器的移动而变化，致动器的移动使得电位计的载流导电电刷在碳膜的导电接触表面上滑动。这种可变电阻可以用在例如rc电路中，以产生合适的时间延迟，从而控制晶闸管的触发角，晶闸管顺序地激励电动机的定子绕组并使其以期望速度旋转。由于碳膜的薄导电接触表面受到导电电刷在其表面上的反复滑动，所以接触表面和导电电刷两者可能经受相当大的磨损和撕扯，这最终可能导致不准确或不稳定的速度控制操作。而且，碳膜的导电接触表面易于暴露于污染颗粒，这不仅会导致导电焊盘上的迹线短路，而且还会加剧由导电电刷沿碳膜接触面的刮擦造成的损坏。

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个或任意组合。

在一种宽泛形式中，本发明提供了一种用于电气设备的变速控制器的电气开关模块，其包括：框架；可变电阻器元件接触表面，其可配置用于与变速控制器的可变电阻器元件电连接；滑动构件，其构造成可相对于可变电阻器元件接触表面滑动，以便以多个不同接触点构造与可变电阻器元件接触表面接触，其中能够与可变电阻器元件接触表面电连接的可变电阻器元件的有效电阻配置为：响应于滑动构件移动而以多个不同接触点构造中的每个构造接触可变电阻器元件接触表面，所述有效电阻改变；并且其中可变电阻器元件接触表面包括至少一个导电条，并且由此框架包括成形为与该至少一个导电条的至少一部分互补的形状轮廓，以将导电条的所述部分固定在所述框架中。

优选地，框架可包括塑料材料或其它适当的聚合物材料。

优选地，该至少一个导电条的该部分可模制到框架内，以固定在其中。

优选地，该至少一个导电条的该部分可镶嵌模制到框架内。

优选地，该至少一个导电条可包括铜条。

优选地，该至少一个导电条可包括至少约0.5mm的厚度。

优选地，该至少一个导电条可由单片金属形成。

优选地，该至少一个导电条可配置为形成多个电气开关触头，所述多个电气开关触头配置为与相应的多个电气开关元件在操作上连接，并且该滑动构件配置用于：当滑动构件移动而以多个不同接触点构造中的每个构造接触所述多个电气开关元件的所述多个电气开关触头时，所述滑动构件根据预定接通序列顺序地接通多个电气开关元件，并且由此，能够连接可变电阻器元件接触表面的可变电阻器元件的有效电阻配置为：响应于所述多个电气开关元件通过滑动构件的移动而根据预定接通序列顺序地接通，所述有效电阻改变。

优选地，多个电气开关元件可至少包括第一电气开关元件和第二电气开关元件，所述第一电气开关元件配置用以在接通时将可变电阻器元件的有效电阻变为第一电阻值，所述第二电气开关元件配置用以在接通时将可变电阻器元件的有效电阻变为第二电阻值，由此，所述变速控制器配置用以通过参考第一和第二电阻值来改变电气设备的运行速度。

优选地，本发明可包括与滑动构件在操作上连接的致动器构件，其中响应于致动器构件的移动，滑动构件可配置成移动而以多个不同接触点构造接触可变电阻器元件接触表面。另外优选地，致动器可以在操作上连接至串联布置在电气设备的电源和电动机之间的主电气开关元件的可移动触头，以便在致动器使滑动构件移动而以多个不同接触点构造接触可变电阻器元件接触表面之前，使可移动触头移动以接触主电气开关元件的固定触头，从而接通主电气开关元件。

优选地，在主电气开关接通之后，所述预定接通序列可包括：

随着滑动构件移动而以多个不同接触点构造中的每个构造接触可变电阻器元件接触表面的所述至少一个导电条，

(i)起始地接通第一电气开关元件；以及

(ii)之后接通第二电气开关元件。

优选地，框架可包括凹进，所述至少一个导电条的所述部分被固定在所述凹进中，由此该至少一个导电条可与框架形成基本连续的表面。

优选地，该电气设备可包括印刷电路板，其中框架与印刷电路板物理分离。

优选地，该至少一个导电条可包括配置用于经由电连接器元件与外部设备电连接的端子，由此，所述端子和所述电连接器元件可例如通过钩型接合、压配合接合和摩擦配合接合中的至少一种以无焊接方式保持接触。

优选地，该至少一个导电条的端子可包括构造用于接收电连接器元件的导电插脚的槽口、孔口或凹进，以实现两者间的电连接。应理解，在可替选实施例中，这种布置可以反转，由此槽口、孔口或凹进可布置在电连接器的插脚上，并且配置用于在其中牢固接收所述至少一个导电条的端子。

在另一宽泛形式中，本发明提供一种制造用于电气设备的变速控制器的电气开关模块的方法，所述电气开关模块包括：框架；可变电阻器元件接触表面，其可配置用于与变速控制器的可变电阻器元件电连接；滑动构件，其构造成可相对于可变电阻器元件接触表面以多个不同接触点构造滑动，其中能够与可变电阻器元件接触表面电连接的可变电阻器元件的有效电阻配置为：响应于滑动构件移动而以多个不同接触点构造中的每个构造与可变电阻器元件接触表面接触，所述有效电阻改变；并且其中可变电阻元件接触表面包括至少一个导电条，并且该方法包括将所述至少一个导电条的至少一部分固定在框架内的步骤，所述框架包括成形为与固定在其中的所述至少一个导电条的所述部分互补的形状轮廓。

优选地，本发明可包括步骤：由塑料材料或其它适当的聚合物材料形成框架。

优选地，所述至少一个导电条的所述部分可模制到框架内，以固定在其中。

优选地，所述至少一个导电条的所述部分可镶嵌模制到框架内。

优选地，所述至少一个导电条可包括铜条。

优选地，所述至少一个导电条可包括至少约0.5mm的厚度。

优选地，所述至少一个导电条可由单片金属形成。

优选地，本发明可包括步骤：配置该至少一个导电条以包括多个电气开关触头，所述多个电气开关触头配置成在操作上连接相应的多个电气开关元件，并且所述滑动构件配置用于：当滑动构件移动而以多个不同接触点构造中的每个构造接触所述多个电气开关元件的所述多个电气开关触头时，所述滑动构件根据预定接通序列顺序地接通所述多个电气开关元件，并且由此可变电阻器元件的有效电阻配置为：响应于所述多个电气开关元件通过滑动构件的移动根据预定接通序列顺序地接通，所述有效电阻改变。

优选地，本发明可包括步骤：配置多个电气开关元件以至少包括第一电气开关元件和第二电气开关元件，所述第一电气开关元件配置成在接通时将可变电阻器元件的有效电阻变为第一电阻值，所述第二电气开关元件配置成在接通时将可变电阻器元件的有效电阻变为第二电阻值，由此，所述变速控制器配置成通过参考第一和第二电阻值改变电气设备的运行速度。

优选地，本发明可包括与滑动构件在操作上连接的致动器构件，其中响应于致动器构件的移动，滑动构件可配置用成移动而以多个不同接触点构造接触可变电阻器元件接触表面。另外优选地，致动器在操作上连接至串联地布置在电气设备的电源和电动机之间的主电气开关元件的可移动触头，以便在致动器使滑动构件移动而以多个不同接触点构造接触可变电阻器元件接触表面之前，使可移动触头移动而接触主电气开关元件的固定触头，从而接通主电气开关元件。

优选地，在主电气开关接通之后，所述预定接通序列可包括：

随着滑动构件移动而以多个不同接触点构造中的每个构造接触可变电阻器元件接触表面的所述至少一个导电条，

(i)起始地接通第一电气开关元件；以及

(ii)之后接通第二电气开关元件。

优选地，框架包括凹进，所述至少一个导电条的所述部分固定在所述凹进中，由此所述至少一个导电条与框架形成基本连续的表面。

优选地，该电气设备可包括印刷电路板，其中框架与印刷电路板物理分离。

优选地，该至少一个导电条可包括配置用于经由电连接器元件与外部设备电连接的端子，由此，所述端子和所述电连接器元件可例如通过钩型接合、压配合接合和摩擦配合接合中的至少一种以无焊接方式保持接触。

优选地，所述至少一个导电条的端子可包括构造用于接收电连接器元件的导电插脚的槽口、孔口或凹进，以实现两者间的电连接。应理解，在可替选实施例中，这种布置可以反转，由此槽口、孔口或凹进可布置在电连接器的插脚上，并且配置用于在其中牢固接收所述至少一个导电条的端子。

在另一宽泛形式中，本发明提供一种电气设备，其包括具有根据本文所述的本发明任一宽泛形式的电气开关模块的变速控制器。

有利地，与例如在传统印刷电路板控制器上制造的电位计的相对薄的金属导电膜相比，本发明的宽泛形式使用相对厚的导电条或板作为可变电阻器元件接触表面。因此，本发明的宽泛形式与传统控制器相比提供了更高耐磨性并且提供了更长寿命。此外，与某些传统的变速控制器相比，相对厚的导电条可允许更高的载流能力，因此薄金属膜的使用仅适合于触发位置信号传输。又另外地，相对厚的导电条可允许在滑动构件和可变电阻器元件接触表面之间实现更牢固的电连接，这可以提高性能上的可靠性和耐久性，并可以减轻可能的发火花(sparking)。此外，导电条可以例如通过将导电条镶嵌模制到塑料框架中而以无焊接方式固定到变速控制器的框架，与其中需要将薄金属膜和其它部件焊接到印刷电路板的现有技术相比，这可有助于在这种变速控制器的制造过程中提供改进的生产组装的简易性和速度。因此，本发明的宽泛形式可以提供一种相对容易制造、成本有效且强固的控制器模块，并且如果需要，该控制器模块可以与电动工具的传统pcb等分开制造。

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说明中，将更全面地理解本发明，其中：

图1示出根据本发明的实施例的在电气设备的变速控制器的电气开关模块中整体形成的主电气开关和多个电气开关元件的示例电路图；

图2a和2b示出根据本发明实施例的触发器致动器构件，其与主电气开关的接触杆在操作上连接，并且构造用于使接触杆从图2a中所示的off(关断)位置移动至图2b中所示的on(导通)位置，在off位置中，接触杆与主电气开关的固定触头断开，并且在on位置中，接触杆连接到主电气开关的固定触头；

图3a和3b示出了根据本发明的一个实施例，图2a和2b的致动器也在操作上连接变速控制器的电气开关模块的滑动构件，其中滑动构件可移动到如图3a所示的与可变电阻器元件接触表面的第一接触点构造，之后移动到如图3b所示的与可变电阻元件接触表面的第二接触点构造，由此，可连接至可变电阻器元件接触表面的可变电阻器元件的有效电阻相应地变化；

图4示出根据本发明实施例的由镶嵌模制到电气开关模块的塑料框架内的单个铜片整体形成的多个导电条的示例，由此所述多个导电条的多个部分被接收到塑料框架的凹进内，所述凹进的形状轮廓构造为与接收在其中的所述多个导电条的所述多个部分互补；

图5a和5b分别示出包括布置在pcb的顶表面上的薄导电膜的现有技术可变电阻器元件接触表面的方面和包括嵌入在与pcb物理分离的塑料框架的凹进内的多个导电条的本发明实施例的可变电阻器元件接触表面的方面的侧剖视图；

图6a示出根据本发明的实施例的与电气开关模块的可变电阻器元件接触表面的多个导电条的端子电连接的电连接器元件的示例，并且电连接器元件和所述多个导电条的端子为孤立形式并且彼此不连接；

图6b示出根据本发明的实施例的电连接器元件和电气开关模块的分解图；

图7a示出安装至板且从板延伸的导电连接器的另一示例，所述板可释放地附接至滑动构件的滑动托架，其中所述板显示为与滑动托架分离；以及

图7b示出图7a的实施例，其中安装至板的导电连接器被可释放地附接至滑动构件的滑动托架。

具体实施方式

现在将参考图1至7b描述本发明的优选实施例。该实施例包括用于电动工具的变速控制器的电气开关模块，电动工具包括例如角磨机、电钻、砂光机、电锯、旋转驱动工具等。应明白并应理解，虽然该实施例描述为用于电动工具，但这仅仅是为了说明功能性的目的，并且本发明的可替选实施例当然可以用于其它类型的电气设备，诸如用于园艺工具。此外，虽然本文所述的本发明的实施例涉及包括电动机的电气设备，但是应明白，本发明的可替选实施例也可适用于包括用于实现电气设备的可操作运动(例如，往复运动)的螺线管型机电单元的电气设备。

电动工具包括无刷dc电动机，其包括转子和用于提供驱动转子的磁场的定子。无刷dc电动机的转子包括由多个轴承支撑以提供输出扭矩的输出轴，并且由产生磁场的永磁体围绕。定子围绕转子安装，且在两者间设有气隙。定子绕组位于与转子输出轴相对平行布置的气隙中，并且通常可以以三角形构造或三相星形配线构造连接。当电流流过定子绕组时，定子绕组中产生的电流产生磁场，磁场与转子磁性耦合并且通过磁场“拖动”转子。由转子组件中的永磁体产生的磁场将倾向于将其自身与定子产生的磁场对准，使得转子将经历旋转运动。因而，通过控制定子绕组的定时和顺序激励，这使得能够将转子轴的旋转运动的控制设定为任何期望的运行速度和运行方向，如下文将更详细描述的。通过串联布置在dc电动机和电源之间的主电气开关，能够以可控方式向dc电动机供电。

该电气设备包括触发器组件，该触发器组件包括模制塑料外壳，用于在电动工具的手柄附近安装到电动工具的主体。触发器组件包括致动器10构件，该致动器10构件具有手指可操作部分和致动器轴10，致动器轴10在操作上连接到主电气开关sw1的可移动接触杆11。当触发器被挤压时，致动器轴10可沿着运动轴线x从off位置(如图2a所示)朝着on(如图2b所示)位置线性地滑动，由此可移动接触杆10上的可移动触头11a移动到与主电动开关sw1的固定触头11b接触，以便接通主电气开关sw1，由此将来自电源的电力连接到dc电动机。当触发器释放时，致动器10构造成通过复位弹簧15的推动而返回到其off位置，由此可移动接触杆11与主电气开关sw1的固定触头11b断开。

该实施例的电气开关模块包括：可变电阻器元件接触表面14，其能够与变速控制器的可变电阻器元件电连接；和滑动构件13。滑动构件13构造成相对于可变电阻器元件接触表面14可滑动运动，以便以多个不同接触点构造与可变电阻器元件接触表面14接触。可变电阻器元件接触表面14的有效电阻配置成：响应于滑动构件13移动而以多个不同接触点构造中的每个构造接触可变电阻器元件接触表面14，所述有效电阻改变。

可变电阻器元件接触表面14包括可由单片导电材料14(例如，铜片)整体形成的多个导电条14a(或导电板或导电片)。所述多个导电条14a中的每一个可以由至少约0.5mm厚的导电材料的伸长的侧边平行条构成，例如图4中的示例所示。在该实施例中，多个导电条14a还配置为形成如图1所示的第一和第二电气开关元件sw2和sw3的电气开关触头，其可以通过滑动构件13移动而以与多个导电条14a接触的多个不同接触点构造中的每个构造接触多个相应的电气开关触头14a，而根据预定接通序列电接通。第一和第二电气开关元件sw2和sw3可以与一组电阻器中的不同电阻器部件串联电连接，由此可变电阻器元件的有效电阻能够通过根据预定接通序列实现第一和第二电气开关元件sw2和sw3的接通而可控地改变。滑动构件13包括滑动托架13和一对导电连接器13a，其可电桥接由多个导电条14a形成的第一和第二电气开关元件sw2和sw3中的每一者的各个电触头14a。在该实施例中，该一对导电连接器13a构造用以从滑动托架13延伸穿过支架13c，并且各自由弹簧构件13b弹簧加载。诸如图6a和6b中所示的导电连接器13a仅是例证性的，并且可以采用替选的形状、形式和尺寸，并且在某些实施例中，可以不必用弹簧或其它类似的功能元件实现。

图7a和7b示出了可以在可替选实施例中使用的滑动构件的另一示例。在该示例中，多个导电连接器20a配置为从滑动托架20延伸并且与电气开关模块的导电条接触，以便能够接通电气开关模块的开关元件。导电连接器20a从板20b延伸，板20b可释放地附接到滑动托架20。通过位于滑动托架20上的固定销20c在布置在板20b上的孔口20d内的过盈配合，板20可释放地附接至滑动托架20。在图7a中示出板20b与滑动托架20分离，而在图7b中，示出板20b可释放地附接至滑动托架20。在该示例中，未与导电连接器20a一起使用支架。此外，不与导电连接器20a组合地使用弹簧，但在该示例中，导电连接器20a的形状和材料可以使得可以存在通过其结构整体提供的固有弹性。

由可电连接到电气开关模块的可变电阻器元件提供的可变电阻可以用在例如与控制模块微处理器芯片的输入引脚适当地接合的rc电路中，以产生用于控制晶闸管的触发角的合适的时间延迟，晶闸管顺序地激励电动机的定子绕组并使其以所需速度旋转。在该示例实施例中，可以通过切换第一和第二电气开关元件sw2和sw3在电动工具中实现双速控制系统，然而在可替选实施例中，可以基于上述构造原理，视需要实现额外的速度水平。有利地，使用约0.5mm的相对厚的导电条、导电板或导电片作为可变电阻器元件接触表面可以提供对由于滑动构件的滑动接触而导致的磨损的更高耐受性，因此有助于提供比传统变速控制组件更长的寿命。这与在现有技术中在pcb上使用薄导电膜(通常约0.1mm)形成对比，后者易经受更高程度的磨损。此外，与利用仅适合于触发位置信号传输的薄金属膜的某些传统变速控制器相比，至少约0.5mm或更大的相对厚的导电条可以允许更高的载流能力。

可变电阻器元件接触表面14的多个导电条14a被镶嵌模制到变速控制器的塑料框架12中，如图4的示例所示。塑料框架12的所形成的模制内部轮廓被构造用于与导电条14a的部分互补，使得这些部分可以被牢固固定在其中。多个导电条14a以下列方式模制到塑料框架12中，即使得导电条14a的至少一些部分凹进到塑料框架12中，同时导电条14a的外表面可与塑料框架12的周围表面12b齐平，以便提供基本光滑和连续的表面。虽然在该实施例中，导电条14a已经镶嵌模制为与塑料框架12固定，但是可利用其它合适的模制和/或粘合技术来实现这种大致相同的功能效果。

在该实施例中，塑料框架12还形成为与电动工具的印刷电路板的物理上分离的单元。有利地，由于可以在不需要焊接到pcb的情况下组装可变电阻器元件接触表面14，所以与其中需要将薄金属膜或其它部件焊接到pcb的现有技术相比，这可以有助于提供这种变速控制器组件的改进的易用性和制造速度。而且，因为可变电阻器元件接触表面14嵌入可以与信号传输pcb分离的塑料框架12中，这允许滑动构件13的尺寸增大以提高与可变电阻器元件接触表面14的电接触的稳固性。相反，在如图5a所示的现有技术中，由于包括薄导电膜17a的可变电阻器元件接触表面布置在pcb17的表面上，所以pcb的周围部件拓扑结构17限制了可以使用的滑动构件的尺寸，因此限制了滑动构件和可变电阻器元件接触表面之间的接触量。

在该实施例中，滑动构件13与触发器组件的致动器10在操作上连接，使得在操作中，在致动器10已经使触头移动到与主电气开关sw1的固定触头11b接触以接通主电气开关sw1之后，致动器10的进一步线性运动使滑动构件13移动以根据预定顺序以各种接触点构造与第一和第二电气开关元件sw2和sw3的电触头接触。在该实施例中，致动器10配置成使得主电气开关sw1在致动器10已经从off位置朝向on位置线性移动大约15mm之后首先接通，如图2b中所示。之后，当致动器10如图3a所示进一步线性移动至离致动器off位置大约18mm的距离时，第一电气开关元件sw2被滑动构件13接通，以便将可变电阻器元件14的有效电阻变为第一电阻值。之后，当致动器10如图3b所示进一步沿轴线x线性移动到离致动器off位置约30毫米距离时，第二电气开关元件sw3被滑动构件13进一步接通，以便将可变电阻器元件的有效电阻变为第二电阻值。

此外，嵌入塑料框架12中的多个导电条14a可通过电布线电连接到外部模块，例如电动工具的pcb模块。在该实施例中，多个导电条14a的端子14b从塑料框架的边缘区域向外延伸到塑料框架12的外侧，如图6a和6b的示例图中所示，它们配置成能够经由电连接器元件16与电布线连接。所述多个导电条14a的端子14b包括槽口，槽口的形状和尺寸适于在其中接收电连接器元件16的相应插脚16a，其中插脚16a通过钩型接合、压力和/或摩擦配合接合保持在端子14b的相应槽口内。电连接器元件包括与插脚16a电连通的输出连接器16b，其配置用于连接到电布线或连接到变速控制器的可变电阻器元件。由于这样的连接机构也可以是无焊接的，所以与现有技术相比，这可以进一步有助于在制造这种变速控制器期间提供改进的生产组装的简易性和速度。

在上述实施例中，可变电阻器元件不与电气开关模块一体形成，而是可连接到电气开关模块的可变电阻器元件接触表面14。例如，可变电阻器元件可以包括可以制造在pcb上的一组电阻器，pcb可以经由电连接器元件16电连接到电气开关模块的可变电阻器元件。然而，在某些实施例中，如果需要，可变电阻器元件可以与电气开关模块一体形成。

在其它实施例中，电气开关模块不一定需要配置成用作能够与可变电阻器元件连接的可变电阻器元件接触表面，而是可以用作独立的电气开关模块。

本领域技术人员应明白，在不脱离本发明的范围的情况下，本文所述的发明易于进行除了具体描述的那些之外的变化和修改。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认为落入如上宽泛地描述的本发明精神和范围内。应理解，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的任意两个或更多个步骤或特征的任何和所有组合。

本说明书中对任何现有技术的引用不是且也不应视为承认或以任何形式暗示该现有技术构成公知常识的一部分。