电动工具及其控制方法_2

文档序号:9374455阅读:来源:国知局
用于多种类型的电动工具,以下主要以电动螺丝刀10为【具体实施方式】进行说明。
[0048]如图1所示的电动螺丝刀10包括壳体14,设置在壳体14内的输出轴22,驱动输出轴22旋转的马达16,为马达16提供能量的电源18,以及设置在电源18与马达16之间的线路板12。电动螺丝刀10还包括设置在壳体14上的扳机开关24,扳机开关24与线路板12电性连接。线路板12根据扳机开关24的触发状态,控制输出轴22的转动与停止。输出轴22的末端可选择地连接螺钉40,在输出轴22的驱动下,螺钉40可逐步嵌入到工件表面。
[0049]如图2所示,线路板12进一步包括传感器30,控制器26,电子开关32,电压模块34。电压模块34将电源18的能量转换为适合线路板各部件工作的电压。传感器30检测表征输出轴22负载的参数,并将检测到的信号传递给控制器26。控制器26接收传感器30传递的信号,根据接收的信号控制输出轴22的工作状态。电子开关32具有断开状态和闭合状态,在断开状态下,电源18至马达16的能量传递被终止,在闭合状态下,电源18至马达16的能量传递被允许。在控制器26的作用下,输出轴22具有连续输出模式、间断输出模式、以及无输出模式。在连续输出状态下,输出轴22为连续旋转状态;在间断输出模式下,输出轴22交替出现旋转阶段和静止阶段;在无输出模式下,输出轴22为连续静止状态。
[0050]控制器26控制输出轴22出现旋转还是静止可以采取的方式有,如前所述的通过控制电子开关32的通与断的状态来控制输出轴22的旋转或静止;还可以在马达16与输出轴22之间设置电子离合结构,通过控制电子离合机构的离与合的状态控制输出轴22的旋转或静止。
[0051]控制器26通过电子开关32来控制输出轴22交替出现旋转阶段和静止阶段的具体方式有:1)通过发送间断的高频PWM信号给电子开关32实现输出轴22交替出现旋转阶段和静止阶段,当发送PWM信号时,电子开关32出现高频的通断,马达16为连续旋转,输出轴22为旋转阶段,当不发送PffM信号时,电子开关32为连续断开,马达16为连续静止,输出轴22为静止阶段;2)通过发送高电平/低电平信号给电子开关32实现输出轴22交替出现旋转阶段和静止阶段,当发送的信号为高电平信号时,电子开关32闭合,马达16为连续转动,输出轴22为旋转阶段,当发送的信号为低电平信号时,电子开关32为断开,马达16为连续静止,输出轴22为静止阶段;3)通过发送间断的低频PWM信号给电子开关32实现输出轴22交替出现旋转阶段和静止阶段,该低频的PWM信号为频率极低的交替出现的高电平及低电平信号,其中高电平信号出现时,电子开关32闭合,马达16为连续转动,输出轴22为旋转阶段,而低电平信号出现时,电子开关32为断开,马达16为连续静止,输出轴22为静止阶段。
[0052]扳机开关24具有触发状态和非触发状态。非触发状态下,控制器26控制电子开关32处于完全断开状态,电源18至马达16的能量传递被禁止,马达16保持停止状态,输出轴22相应的处于连续静止状态,即输出轴22处于无输出模式。触发状态下,控制器26控制电子开关32至少部分地处于闭合状态,电源18至马达16的能量传递部分的被允许,马达16处于连续旋转状态或间断旋转状态,输出轴22也相应的处于连续旋转状态或间歇旋转状态,即输出轴22处于连续输出模式或间断输出模式下。具体的,扳机开关24被触发的起始时刻,控制器26控制电子开关32闭合,马达16连续旋转,输出轴22进入连续输出模式,在此过程中,传感器30检测表征输出轴22负载的参数,并将检测结果传递给控制器26,控制器26对表征输出轴22负载的参数进行运算,判断表征输出轴22负载的参数的变化是否达到预设条件,当达到预设条件时,控制器26控制电子开关32交替出现闭合状态和完全断开状态,使得电源18至马达16的能量传递交替出现允许和完全禁止,进而使得输出轴22具有交替出现旋转阶段和静止阶段,即输出轴22进入间断输出模式。间断输出模式下,当操作者通过肉眼观察,确认螺钉40刚好完全打入工件表面时,控制扳机开关24回复到非触发状态。控制器26检测到扳机开关24回复到非触发状态后,控制电子开关32处于完全断开的状态,从而使马达16停转,使输出轴22进入无输出模式,不再进一步驱动螺钉40。当然,操作者也可以通过直接移开电动螺丝刀10,而避免电动螺丝刀10对螺钉40的进一步驱动。
[0053]所述预设条件为所述参数的二阶导数为正且大于或等于预设值。在其他实施方式中,所述预设条件还可以为所述参数的一阶导数为正且大于等于预设值,所述预设值为根据特定时间点上的输出轴22的负载大小设定的数值。所述预设条件还可以为所述参数与所述参数的二阶导数的乘积,还可以为所述参数或一阶导数或二阶导数与一个固定常数的乘积,参数或一阶导数或二阶导数的η次方,参数与相应一阶导数的乘积,二阶导数与相应一阶导数的乘积,二阶导数与相应一阶导数以及参数的乘积,一阶或二阶导数加上某个趋近于90的值后再求正切函数值(如tan (89+ 一阶或二阶导数)),一阶或二阶导数的余切函数值(如ctan(—阶或二阶导数)),或以任意值a为底数且数值I与一阶或二阶导数的差值为真数的对数函数值(如loga(l-—阶或二阶导数))在数值(即绝对值)上大于或等于其对应的阀值(该阀值为一正数)。也就是说,控制器26将参数的二阶导数的函数的数值与一个预定的阀值进行比较,当二阶导数的函数数值大于或者等于该预定的阀值时,控制器26控制输出轴22进入间断输出模式。本领域普通技术人员可以轻易想到的是,上述实施方式同样可应用于高阶导数,申请人在此不再予以赘述。
[0054]表征输出轴22负载的参数可以为流经马达16的电流,还可以是电压,如检测与马达16串联的电阻上的压降或马达16两端的压降或电源18两端的电压;或者是转速,如采用霍耳效应检测元件(Hall Sensor)来检测马达16或输出轴22的转速;或者是马达16的效率,如通过计算马达16的输出和输入功率比来检测马达16的效率;或者是电动螺丝刀10的效率,如通过计算电源18的输出功率和输出轴22的输出功率比来检测电动螺丝刀10的效率。优选的,表征输出轴22负载的参数为流经马达16的电流,因为电流与输出轴22受到的阻力矩具有最直接的对应关系。
[0055]间断输出模式下,输出轴22处于旋转阶段时,可以将螺钉40进一步嵌入到工件表面,在输出轴22为静止阶段时,操作者可以眼睛观察螺钉40嵌入工件表面的状态,并在判断螺钉40恰好完全嵌入工件表面时,移走电动螺丝刀10,或松开扳机开关24,停止对螺钉40的进一步驱动。由于在间断输出模式下,输出轴22存在间歇性的静止阶段,为操作者看清螺钉40相对工件表面的位置提供了可能,同时由于最后停止驱动螺钉40的时机由操作者手动操作,使得任何大小的螺钉40在任何硬度的工件上时,均能准确地嵌入到工件表面,因此具有该间断输出模式的电动螺丝刀10具有准确度高、适应性强的优点。
[0056]本发明还提供第二实施方式,相对第一实施方式的改进在于,控制器26记录预设时间点上表征输出轴负载的参数,间断输出模式下,控制器26根据记录的预设时间点的表征输出轴22的负载大小的参数调整旋转阶段出现的状态。具体的,本实施方式的电子电路与第一实施方式的电子电路基本相同,不同在于,控制器26测量电动螺丝刀10启动工作的时间,且读取在电动螺丝刀10启动工作后的预设时间点上传感器30传递给它的信号,并进一步判断表征输出轴22负载的参数与预设基准负载的大小,当表征输出轴22负载的参数大于预设基准负载时,表示输出轴22的负载较大,控制器26调整旋转阶段出现的状态,使得在预设时间内,输出轴22出现旋转阶段的累积的时间大于预设基准时间;而当表征输出轴22负载的参数小于或等于预设基准负载时,表示输出轴22的负载较小,控制器26调整旋转阶段出现的状态,使得在预设时间内,输出轴22出现旋转阶段的累积的时间小于或等于预设基准时间。其中,预设基准负载可以为包含第一预设基准负载、第二预设基准负载……数个数值的一组值,相应的,预设基准时间为包含第一预设基准时间、第二预设基准时间......数个数值的一组值。
[0057]控制器26根据输出轴22的负载大小调整旋转阶段出现的状态可以为以下三种方式中的任意一种。
[0058]第一种调节方式为控制器26根据预设时间点上的表征输出轴22负载的参数的大小调整输出轴22的旋转阶段出现的持续时间。具体的,控制器26测量电动螺丝刀10启动工作的时间,且读取在电动螺丝刀10启动工作后的预设时间点上传感器30传递给它的信号,并进一步判断表征输出轴22负载的参数与预设基准负载的大小,当预设时间点上的表征输出轴22负载的参数大于预设基准负载时,控制输出轴22旋转阶段的持续时间为第一预设持续时间,当预设时间点上的表征输出轴22负载的参数不大于预设基准负载时,控制输出轴22旋转阶段的持续时间为第二预设持续时间,第一预设持续时间大于第二预设持续时间。例如,控制器26读取预设时间点上流经马达16的电流,当预设时间点上的电流大于1A时,控制器26控制旋转阶段出现的持续时间为1ms ;而当预设时间点上的电流小于或等于1A时,控制器26控制旋转阶段出现的持续时间为5ms。由于第一预设持续时间较长,因此按照第一预设持续时间出现旋转阶段可以导致在预设的时间段内输出轴22出现旋转阶段的累积时间较长。因此可以实现本发明的目的。
[0059]第二种调节方式为控制器26根据预设时间点上的表征输出轴22负载的参数的大小调整输出轴22出现旋转阶段的
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