电动工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动工具，更具体地说，涉及一种改进了对用作驱动源的电动机的控制方法的电动工具。
【背景技术】
[0002]对于手持电动工具而言，通过储存在电池中的电能驱动的无绳冲击工具被广泛使用。例如，如特许专利文献I所公开，在通过电动机旋转驱动尖端工具(例如，钻或起子)以进行所需工作的冲击工具中，使用电池驱动无刷直流电动机。无刷直流电动机是指不具有电刷(整流电刷)的直流(DC)电动机。无刷直流电动机在转子侧采用线圈(绕组)，在定子侧采用永磁体，并且具有将逆变器驱动的电力顺次施加给预定线圈以使转子旋转的构造。无刷直流电动机具有比有刷电动机更高的效率，并且在使用可充电蓄电池时能够获得较高的输出。此外，因为无刷直流电动机包括安装有用于旋转驱动电动机的开关元件的电路，所以容易通过电子控制获得先进的电动机旋转控制。
[0003]无刷直流电动机包括具有永磁体的转子和具有例如三相绕组等多相电枢绕组(定子绕组)的定子。在无刷直流电动机中使用位置检测元件和逆变器电路，其中位置检测元件由多个霍尔IC(Hall IC)构成，霍尔IC通过检测转子的永磁体的磁力来检测转子的位置，逆变器电路通过使用例如场效晶体管(FET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等半导体开关元件来切换从电池组等供应的直流电压并且改变对各相定子绕组的通电来驱动转子。逆变器电路构造成通过微型计算机进行控制，并且基于位置检测元件(例如，霍尔IC)的转子位置检测结果来设定各相电枢绕组的通电时机。
[0004]引用列表
[0005]专利文献
[0006]特许专利文献1:日本专利申请公开N0.2008-278633A
【发明内容】
[0007]本发明要解决的问题
[0008]近年来，电动工具的输出已经增加，因而可以获得高旋转速度和高紧固扭矩，同时减小使用无刷直流电动机的工具的尺寸。然而，实现高紧固扭矩会导致打击力强于实施螺钉紧固操作等所需要的打击力。因此，重要的是选择具有符合所需紧固扭矩的适当输出和特性的电动机。具体地说，当电动机的输出增大到超过冲击工具的需要时，螺钉头损坏的可能性变高，并且限制了使用寿命或者连续操作之后的温度升高。从这些观点看，可以认为限制了电动机的输出。因此，电动工具没有使电动机获得的潜能最大化。
[0009]因此，本发明的目的在于提供一种电动工具，该电动工具能够使用具有尽可能高的输出的电动机在以高速完成紧固操作的同时限制连续驱动输出。
[0010]本发明的另一个目的在于提供一种电动工具，该电动工具具有高电动机输出和能够防止打击后的螺钉头或螺栓损坏的高耐用性。
[0011]本发明的再一个目的在于提供一种电动工具，该电动工具通过在刚刚实现紧固就位(seating)之后降低相对于紧固目标具有足够高的输出的电动机的占空比的上限来抑制电动机的温度增加，从而以适当扭矩快速完成紧固操作。
[0012]解决问题的手段
[0013]在说明书中公开的本发明的代表性特征如下。
[0014]根据本发明的一个特征，提供了一种电动工具，所述电动工具包括:电动机，其构造成通过对半导体开关元件进行PWM(脉冲宽幅调制)控制而被驱动；扳机，其构造成调节所述电动机的启动和旋转；冲击机构，其构造成借助由所述电动机所旋转的锤来打击站或使砧旋转；以及控制装置，其用于控制所述电动机的旋转，其中，当所述冲击机构连续进行了多次打击时，所述电动机在占空比从高值变为低值的状态下被驱动。通过这种构造，可以有效地保护电动工具免受因高输出电动机被连续驱动而引起的温度升高和机械应力的影响。因此，可以实现可靠性高并且寿命长的电动工具。另外，可以积极地利用与现有电动机相比具有更高输出、更高旋转速度的电动机，从而可以快速完成紧固操作。电动工具优选具有紧固扭矩不同的多种操作模式。另外，在这种情况下，电动工具构造成在高占空比区域中以高占空比进行控制而与操作模式无关，并且电动工具构造成在低占空比中以根据各个操作模式而设定的低占空比进行控制。优选的是，高占空比为100%，低占空比为70%或更低(70%以下)，更优选为50%或更低。通过这种构造，在任何设定模式下都可以在轻负载的所谓自由运转区域中以高速进行紧固操作，从而缩短操作时间。与现有技术相比，可以采用输出高10%以上的高输出电动机，其中现有技术使用具有如下输出的电动机:该输出使得即使电动机以100%的占空比被连续驱动也不会产生发热和机械问题。
[0015]根据本发明的另一个特征，提供用于检测流过电动机或半导体开关元件的电流值的电流检测装置，所述电流检测装置在所述电动工具以高占空比被驱动时检测电流值，并且当检测到的电流值超过第一阈值IJf，所述控制装置使占空比从高占空比切换到低占空比。通过这种构造，可以根据负载状态或紧固状态可靠地改变占空比。另外，由于可以通过应用已经被使用的电流检测来实现本发明的控制而不必单独准备用于切换占空比的专用检测传感器，所以能够容易地实现本发明。另外，在所述扳机被拉动之后的短暂特定时间段内使用第二阈值I2(I2M1)代替所述第一阈值I1，并且当电流值超过所述第二阈值12时，所述控制装置使占空比从高占空比切换到低占空比。因此，可以检测螺栓等的二次拧紧。在检测到二次拧紧的情况下，立即降低占空比以保护紧固部件、电动机和机械部件。通过这种构造，即使操作人员出于任何原因试图二次拧紧已经紧固的螺栓等，也可以防止过多电流流过电动机并且防止过大的机械负载施加在机械部件上。
[0016]根据本发明的另一个特征，提供了一种电动工具，所述电动工具包括:电动机，其构造成通过对半导体开关元件进行PWM控制而被驱动；扳机，其构造成调节所述电动机的启动和旋转；冲击机构，其构造成借助由所述电动机所旋转的锤来打击或旋转站，以及控制装置，其用于控制所述电动机的旋转，其中，在所述扳机刚刚被拉动之后，在预定的时间段内，所述电动机的旋转速度被控制为低而恒定的旋转速度且所述电动机的旋转控制与所述扳机的拉动量无关。通过这种构造，在将木螺钉紧固到目标材料中时可以提高咬合性能。具体地说，由于电动机被自动控制在最佳旋转速度并且在电动工具中恒定地保持该旋转速度，所以可以有效防止螺钉倒下而没有咬住目标材料的现象。此外，操作人员不必精细调节或保持扳机的拉动量，所以可以实现具有用户友好的螺钉模式的电动工具。另外，还提供与所述电流检测装置检测到的电流值相关的第三阈值I3和第四阈值14(13>14)，在所述扳机刚刚被拉动之后同时所述电动机被控制的短暂特定时间段内，当检测到的电流值等于或大于第三阈值I3并且小于第四阈值14时，所述控制装置连续地以所述低而恒定的旋转速度驱动所述电动机，并且当检测到的电流值超过所述第四阈值14时，所述控制装置将控制切换为与所述扳机相关的电动机旋转控制。通过这种构造，可以以低而恒定的旋转速度可靠地继续螺钉紧固操作直到完成螺钉咬合。另外，以下构造也是可行的:其中自动执行监测扳机的最初拉动量的模式(螺钉模式)，并且当所述最初拉动量较小时，在预定时间段内与扳机的拉动量无关地以低而恒定的旋转速度控制所述电动机的旋转速度。通过这种构造，操作人员不需要设定所需的螺钉模式。另外，当电动机以预定的较小量(扳机最初拉动量)启动时，自动地执行螺钉模式。因此，可以实现非常容易使用的电动工具。
[0017]根据本发明的另一个特征，当所述电流检测装置检测到的电流值的增加率(increase rate)持续地保持在高状态(高水平)时，所述电动机在占空比从高值变为低值的状态下被驱动。因此，在通过增加率而确认连续进行了多次打击之后使占空比下降。因此，当例如螺钉粘住沙粒并且扭矩因此立即增加时，可以防止电动工具错误地降低占空比，从而可以可靠地解决螺钉拧紧缺陷的问题。另外，当紧固部件通过所述冲击机构的多次打击而紧固就位时，所述电动机在占空比从高值变为低值的状态下被驱动。也就是说，因为在紧固就位之前以高占空比连续拧紧螺钉，所以可以从自由运转状态到紧固就位时刻都以高扭矩来紧固螺钉。此后，占空比降低并且连续进行紧固，从而使紧固扭矩接近预定值并且因此可以抑制用于各个螺钉的紧固扭矩的偏差。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明，可以提供具有高输出并能够缩短紧固时间的电动工具。另外，可以提供可操作性非常高的电动工具。从下面的描述和附图中将会清楚本发明的前述和其他目的以及新颖的特征。
【附图说明】
[0020]图1是示出根据本发明说明性实施例的冲击工具I的内部结构的剖视图。
[0021]图2是示出根据本发明说明性实施例的冲击工具I的外观的侧视图。
[0022]图3是根据本发明说明性实施例的冲击工具I的示意性结构图。
[0023]图4是示出在根据本发明说明性实施例的冲击工具中的电动机3的驱动控制系统的电路构造的结构图。
[0024]图5是根据本发明说明性实施例的冲击工具I的占空比的控制方法，其中示出了电动机的旋转速度58与占空比之间的关系。
[0025]图6是冲击工具的各个操作模式的占空比设定方法，其中图6 (I)示出现有技术的设定方法，而图6(2)示出本说明性实施例的设定方法。
[0026]图7(1)是示出当在根据本发明说明性实施例的冲击工具中进行全速螺栓紧固操作时输出轴旋转速度、电动机电流值与PWM驱动信号的占空比之间关系的图表，而图7(2)示出此时的打击扭矩的大小。
[0027]图8是示出在根据本发明说明性实施例的冲击工具中输出轴旋转速度、电动机电流值与PWM驱动信号的占空比之间关系的图表(在二次拧紧固定螺栓的情况下)。
[0028]图9是示出当使用根据本发明说明性实施例的冲击工具I进行紧固操作时的占空比设定顺序的流程图。
[0029]图10是示出根据本发明第二说明性实施例的输出轴旋转速度、电动机电流值与PWM驱动信号的占空比之间关系的图表。
[0030]图11是示出当使用根据本发明第二说明性实施例的冲击工具I紧固木螺钉时的占空比设定顺序的流程