电动工具的制作方法

1.本发明涉及一种电动工具，具体涉及一种能够避免开关在触发状态时提供电能而重启的电动工具。


背景技术：

2.冲击扳手、角磨、圆锯等电动工具，通过按压设置于壳体上的操作开关来接通收装于壳体内的开关，从而驱动电机。在这种情况下，为了使操作人员在工作过程中更加省力，通常会在操作部件上设置锁定部件，从而维持开关的接通状态。然而，如果在电源开关处于接通状态时接入电能，插入电池包或将电源线插入电源插座，电动工具会自动启动。由于电动工具工作件转速快，如果误操作启动电动工具，会给操作人员造成伤害，存在安全隐患。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够避免开关在导通状态时提供电能而误触发的电动工具，提高电动工具的安全性能。
4.为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种电动工具，包括：壳体；电机，设置在所述壳体内；工具接口，用于接入供电电源以为所述电机供电；控制系统，包括控制电路，用于控制所述电机的转动；主开关，设置在所述工具接口和所述控制电路的电流路径上，所述主开关具有导通所述工具接口与所述控制电路之间电连接的导通状态和切断所述工具接口与所述控制电路之间电连接的关断状态；保护电路，连接在所述主开关和所述控制电路之间，所述保护电路在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之前处于所述导通状态时断开所述工具接口和所述控制电路之间的连接。
5.可选地，所述保护电路在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之后处于导通状态时导通所述工具接口和所述控制电路之间的连接。
6.可选地，所述保护电路包括：第一供电支路，所述第一供电支路包括与所述主开关电连接的电容，所述电容在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之前处于导通状态时不上电。
7.可选地，所述电容在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之后处于断开状态时上电，在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之后处于导通状态时放电。
8.可选地，所述第一供电支路还包括第一三极管，所述第一三级管的至少一端连接至所述电容，所述第一三极管在所述电容放电时被导通。
9.可选地，所述保护电路还包括：第一开关元件，所述第一开关元件的一端与所述第一三极管连接，所述第一开关元件在所述第一三极管导通时处于导通状态。
10.可选地，所述保护电路还包括：第二供电支路，串联在所述控制电路和所述第一开关元件之间，所述第二供电支
路在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之后处于导通状态时维持所述第一开关元件的导通。
11.可选地，所述第二供电支路在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之后处于导通状态时使所述第一开关元件的第一电压端接收低电平以维持所述第一开关元件的导通。
12.可选地，所述控制电路包括：电压维持端，在所述第一开关元件导通时输出电压信号；所述第二供电支路包括：第二三极管，所述第二三级管的一端与所述电压维持端连接，所述第二三极管在接收到所述电压信号时导通；第三三极管，所述第三三极管的一端与所述第二三极管的一端连接，所述第三三极管在所述第二三极管导通时导通。
13.可选地，所述第一开关元件的一端与所述第三三极管连接，所述第一开关元件在所述第三三极管导通时处于导通状态。
14.可选地，所述控制电路包括电源转换支路，所述电源转换支路与所述工具接口相连，用于将所述工具接口接入的电能转换为不同的电压输出。
15.可选地，所述控制电路还包括控制单元，所述控制单元从所述电源转换支路接收电能并输出驱动信号以控制所述电机的转动。
16.可选地，所述控制单元包括电源输入端，用于接入所述电源转换支路提供的电压；使能输入端，所述使能输入端检测到高电平时输出驱动信号以控制所述电机转动；所述保护电路包括：第二开关元件，所述第二开关元件的一端与所述使能输入端电性连接；所述第二开关元件导通时，所述使能输入端检测到低电平。
17.可选地，所述控制单元包括第一控制器，所述第一控制器与所述电机连接，用于控制所述电机的转动；所述控制单元还包括第二控制器，所述第二控制器与所述第一控制器可通信地连接，所述第二控制器在所述主开关在所述工具接口接入所述供电电源之后处于导通状态时，输出触发信号至所述第一控制器使所述第一控制器输出驱动信号以控制所述电机转动。
18.本发明的有益之处在于提供了一种电动工具，避免了开关在处于导通状态时提供电能误触发的问题，提高了电动工具的安全性能。
附图说明
19.图1是作为一种实施例的电动工具的立体图；图2是图1所示的电动工具的剖视图；图3是图1所示的电动工具的一个实施方式的控制系统；图4是图3所示的控制系统在所述主开关在所述工具接口接入所述电池包之后处于断开状态时的电路图；
图5是图3所示的控制系统在所述主开关在所述工具接口接入所述电池包之后处于导通状态时的一个电路图；图6是图3所示的控制系统在所述主开关在所述工具接口接入所述电池包之后处于导通状态时的另一个电路图；图7是图3所示的控制系统的另一种电路图。
具体实施方式
20.以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
21.图1所示的电动工具为一种用于打磨工具的角磨100。可以理解的，该电动工具还可以为其它类型的工具。该电动工具可以为钻类工具，例如电钻、螺丝批。电动工具还可以为其它磨砂类工具，例如砂光机、抛光机等。电动工具还可以为锯类工具，例如圆锯、曲线锯、往复锯等。该电动工具可以为其它手持式工具，例如搅拌机、吹风机、链锯等。
22.参考图1和图2所示，角磨100包括：工具主体10和供电电源20。
23.工具主体10包括：护罩11、输出轴12、电机13、传动机构14、壳体15和操作开关16。
24.护罩11至少部分覆盖在打磨盘上以实现防护功能。输出轴12用于安装或固定打磨盘。电机13用于驱动输出轴12转动。具体而言，电机13包括转子、定子和电机轴，通过传动机构14连接输出轴12和电机轴，将电机13的驱动力传至输出轴12。
25.壳体15形成有一个能容纳电机13和传动机构14的头壳空间。工具主体10还包括把手部151，把手部151可以作为独立的零件也可以由壳体15形成，把手部151可被用户握持以操作角磨100。
26.在把手部151还设置有操作开关16，操作开关16用于启动或停止电机13运行。操作开关16可以为推动式开关，也可以为扳机式开关。
27.供电电源20用于为角磨100提供电能。在一些实施例中，角磨100使用直流电源供电，更具体地，角磨100使用电池包供电。本领域技术人员应当理解，供电电源20并不限于使用电池包的场景，还可通过市电、交流电源，配合相应的整流、滤波和调压电路，实现对各电路元件的供电。
28.此外，角磨100在把手部151的下端还设置有工具配合部（未示出）和工具接口19，工具配合部用于与供电电源20可拆卸式连接。在一些实施例中，工具配合部被配置成当用户朝向角磨100工具主体10的前方滑动供电电源20时，供电电源20可从其拆卸。相应地，供电电源20置有与工具接口19和工具配合部相适配的供电电源接口和供电电源配合部。
29.工具主体10还包括控制系统17和主开关18，工具接口19使供电电源20与控制系统17构成电连接。
30.控制系统17用于控制电机13的转动。在一些实施例中，控制系统17设置在把手部151的底部。可以理解的是，取决于电动工具的形状和规格，控制系统17可以设置在工具主体10内的任何位置。在一些实施例中，控制系统17还包括支持角磨100变速调节，前进/后退功能的相关电路和组件。在一些实施例中，控制系统17设置在单个印刷电路板上，控制系统17也可以设置在电耦合在一起的多个电路板上。
31.主开关18设置在工具接口19和控制系统17的电流路径上，具体而言，主开关18连接在工具接口19和控制系统17之间，主开关18具有导通工具接口19与控制系统17之间电连
接的导通状态和切断工具接口19与所述控制系统17之间电连接的关断状态。主开关18通过控制导线与控制系统17电连接。操作开关16被配置为在机身机壳上移动来导通或关断主开关18。在一些实施例中，操作开关16为推动式开关，通过控制操作开关16移动到触发位置，使得主开关18被触发导通。反之，通过控制操作开关16，远离主开关18，主开关18转换为关断状态。在另一些实施例中，操作开关16为扳机开关，用户按压扳机开关使主开关18导通，反之，释放扳机开关，主开关18转换为关断状态。
32.虽然本实施例涉及到角磨100，但是应该理解本技术不限于所公开的实施例，而是可应用于其他类型的电动工具。
33.参考图3，示出了一个实施例的角磨100的控制系统的电路框图，在本实施例中，角磨100使用电池包作为供电电源20，电池包包括电池包壳体21和电芯22。电芯22容纳在电池包壳体21中，用于存储容量，其能被反复充放电。电池包包括电源正极和电源负极，以及能与外部电路实现电连接的正极电源端子23和负极电源端子24。工具接口19内设置有正极工具端子191和负极工具端子192，正极工具端子191和负极工具端子192分别和正极电源端子23和负极电源端子24电连接以接入电池包的电能。
34.电机13为三相无刷电机，三相无刷电机包括具有永磁体的转子和以电子方式转向的三相定子绕组u、v、w。在一些实施例中，三相定子绕组u、v、w之间采用星型连接，在另一些实施例中，三相定子绕组u、v、w之间采用角型连接。然而，必须理解的是其他类型的无刷电动机也在本公开的范围。无刷电动机可包括少于或多于三相。
35.控制系统17包括控制电路171、驱动电路172和保护电路173。
36.控制电路171被配置为接收来自供电电源20的电能并输出驱动信号至驱动电路172以控制电机13转动。
37.驱动电路172用于驱动电机13运转，驱动电路172在控制电路171的驱动信号的驱动下将电压的功率以一定的逻辑关系分配给电机13定子上的各相绕组，以使电机13启动并产生持续不断的转矩。具体而言，驱动电路172包括多个电子开关。在一些实施例中，电子开关包括场效应晶体管（fet），在另一些实施例中，电子开关包括绝缘栅双极晶体管（ig
‑
bt）等。电机13的各相绕组通过电子开关组成的电桥与供电电源20电连接。
38.主开关18设置在工具接口19和保护电路173构成的电流路径上，主开关18具有导通工具接口19与控制电路171之间电连接的导通状态和切断工具接口19与控制电路171之间电连接的关断状态。
39.保护电路173设置在主开关18和控制电路171之间，当主开关18在工具接口19接入供电电源20之前处于导通状态时，保护电路173断开工具接口19和控制电路171之间的连接。具体而言，在角磨100的操作开关16被误操作触发主开关18导通的情况下，供电电源20接至角磨100时，保护电路173能够断开工具接口19和控制电路171的连接。也即，当主开关18在工具接口19接入供电电源20之前处于导通状态时，保护电路173禁止供电电源20提供电能给控制电路171，从而使控制电路171无法上电。而当主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于导通状态时，保护电路173导通工具接口19和控制电路171之间的连接。具体的，角磨100先接入供电电源20再使主开关18处于导通状态的情况下，保护电路173能够导通工具接口19和控制电路171的连接，也即，当主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于导通状态时，保护电路173允许供电电源20提供电能给控制电路171，从而使控制电
路171接收来自供电电源20的电能，控制电路171上电输出驱动信号至驱动电路172以控制电机13转动。
40.对于本实施例的角磨100而言，其操作开关16为推动式开关，用户在操作该角磨100时，通常是用手握住把手部151，大拇指推动操作开关16向前运动至启动位置，然后松开大拇指，操作开关16被锁定在启动位置。这样，当用户不使用角磨100时，用户有可能忘记将操作开关16复位至断开位置。下次再次使用角磨100时，可能会直接插入电池包，这时如果没有保护电路173的保护作用，角磨100可能会突然启动而伤害到用户。而在本实施例中，在操作开关16移动至启动位置后插入电池包时，保护电路173能够断开开工具接口19和控制电路171的连接，从而避免了角磨100的误启动。也即是说，特别是对于本发明的操作开关16能被锁定在启动位置的电动工具而言，保护电路173能够有效的避免电动工具的误启动变得尤其重要。
41.参考图4，控制电路171进一步包括但不限于电源转换支路1711和控制单元1712。
42.电源转换支路1711的输入端与工具接口19相连，电源转换支路1711的输出端与控制单元1712连接。电源转换支路1711用于将工具接口19接入的电能转换为不同的电压输出，以为控制单元1712和驱动电路172供电，使控制单元1712和驱动电路172上电。在一些实施例中，电源转换支路1711可以包括一个或多个dc
‑
dc转换芯片。
43.控制单元1712上电后能够输出驱动信号控制驱动电路172工作。在一些实施例中，控制单元1712包括电源输入端a，使能输入端b和电压维持端c。其中，电源输入端a用于接入电源转换支路1711提供的电压以使控制单元1712上电。使能输入端b在检测到高电平时能够使控制单元1712输出驱动信号以控制电机13的转动。电压维持端c能够在控制单元1712上电后输出电压信号。本实施例中，控制单元1712可采用专用的控制芯片（例如，mcu，微控制单元，microcontroller unit），利用控制芯片内部的功能电路，如功率驱动单元提升其输出信号的驱动能力。
44.作为主开关18的一个具体的实施方式，主开关18包括第一端子181，第二端子182和第三端子183。在一些实施例中，主开关18为单刀双掷开关。其中，主开关18的第一端子181用于连接至电池包的正极电源端子23，主开关18的第二端子182和第三端子183分别与保护电路173相连。当第一端子181和第三端子183相连接时，主开关18处于断开状态；而当第三端子183和第二端子182相连时，主开关18处于导通状态。因此，当主开关18在工具接口19接入电池包之后处于断开状态时，主开关18的第一端子181和第三端子183相连接，保护电路173上电；当所述主开关18在所述工具接口19接入所述电池包之后处于导通状态时导通电池包和控制电路171的连接，从而使控制电路171接收来自电池包的电能，控制电路171上电输出驱动信号至驱动电路172以控制电机13转动。
45.在一些实施例中，保护电路173还包括第一开关元件1731，第一电阻1732和第一齐纳二极管1733。其中，第一开关元件1731串联在工具接口19和控制电路171之间。第一开关元件1731能够导通和关断工具接口19和控制电路171的连接。具体地，第一电阻1732和第一齐纳二极管1733并联连接至第一开关元件1731的栅极g和源极s，第一开关元件1731的源极s和漏极d分别连接至电池包的正极电源端子23和电源转换支路1711的输入端。
46.保护电路173进一步包括第一供电支路174。作为第一供电支路174的一个具体的电路实施方式，第一供电支路174包括电容1741、第一三极管1742、第二电阻1743、第三电阻
1744，这些电子元器件关联连接共同构成第一供电支路174。
47.其中，第一三极管1742的集电极连接至第一开关元件1731的栅极g，第一三极管1742的发射极连接至地线。第二电阻1743并联连接至第一三极管1742的基极和发射极。第三电阻1744的一端连接至主开关18的第二端子182，第三电阻1744的另一端连接至第一三极管1742的基极。电容1741的一端连接至主开关18的第三端子183，电容1741的另一端连接至接地线。
48.保护电路173还包括第二开关元件175，第四电阻176和第二齐纳二极管177。第二开关元件175的一端与控制单元1712的使能输入端b电性连接，当第二开关元件175导通时，使能输入端b检测到低电平。具体地，第二开关元件175的漏极d连接至控制单元1712的使能输入端b，第二开关元件175的源极s连接至接地线。第二齐纳二极管177并联连接至第二开关元件175的栅极g和源极s。第四电阻176的一端连接电容1741的一端，第四电阻176的另一端连接至第二开关元件175的栅极g。
49.因此，在主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于断开状态时，主开关18第一端子181和第三端子183连接，电流经正极电源端子23流入，依次经主开关18，电容1741以为电容1741充电，电流路径如箭头401所示。同时，第二开关元件175的栅极g电压被拉高，从而使第二开关元件175导通，控制单元1712的使能输入端和接地线导通，控制单元1712的使能输入端b检测到低电平。
50.参考图5，在所述主开关18在所述工具接口19接入所述电池包之后处于导通状态时，即，工具接口19接入电池包之后，操作开关16被按下，主开关18由断开状态转换为导通状态时（正常导通状态），主开关18的第三端子183和第二端子182连接，电容1741开始放电，第一三极管1742导通，从而使第一开关元件1731导通，因此工具接口19和控制电路171连接，控制电路171上电。具体的，从电容1741的高压端流出的电流依次经过主开关18、第三电阻1744、第二电阻1743回到电容1741的低压端构成电流回路，电流路径如箭头501所示。因电容1741放电，第一三极管1742的基极电压被拉高使第一三极管1742导通，第一三极管1742的导通使第一开关元件1731的栅极g的电压被拉低，第一开关元件1731也导通，因此，工具接口19和控制电路171的连接导通，控制电路171上电。
51.然而，第一供电电路电容1741的放电只能持续一段时间，为了维持第一开关元件1731的继续导通，保护电路173还设置有第二供电支路178。第二供电支路178串联在控制电路171和第一开关元件1731之间。第二供电支路178在主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于导通状态时能够维持第一开关元件1731的导通。具体地，第二供电支路178在主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于导通状态时，通过使第一开关元件1731的第一电压端接收低电平以维持第一开关元件1731的导通。
52.作为第二供电支路178的一个具体的电路实施方式，参考图6，第二供电支路178包括第二三极管1781，第三三极管1782和第五电阻1784，这些电子元器件关联连接共同构成第二供电支路178。
53.其中，第二三极管1781的基极连接于控制单元1712的电压维持端c，第二三极管1781的发射极和电源转换支路1711的输出端连接，第二三极管1781的集电极连接至第三三极管1782的基极。第五电阻1784并联连接至第三三级管的发射极和基极，第三三极管1782的集电极连接至第一开关元件1731的栅极g，第三三极管1782的发射极连接至接地线。
54.因此，在第一供电支路174使第一开关元件1731导通所述工具接口19和所述控制电路171之间的连接后，控制单元1712上电，则控制单元1712的电压维持端输出电压信号，第二供电支路178接收到电压维持端c的电压信号和电源转换支路1711输出端的电压后，第二三级管导通，第三三极管1782导通，从而使第一开关元件1731维持导通。如箭头601所示的电流路径，电流经正极电源端子23流入，依次经电源转换支路1711，第二三极管1781和第五电阻1784。因第二三极管1781的基极电压被拉高，第二三极管1781导通，从而使第三三极管1782的基极电压被拉高，第三三极管1782导通，这样，第一开关元件1731的栅极g的电压被拉低，因此第一开关元件1731维持导通，从而使工具接口19和控制电路171的连接维持导通，控制电路171上电。而且，由于电容1741放电完成，第二开关元件175栅极电压没有被拉高，则第二开关元件175断开，因此控制单元1712的使能输入端b断开和接地线的连接，从而控制单元1712的使能输入端b电压升高使控制单元1712能够输出驱动信号至电机13以控制电机13的转动。
55.然而，在主开关18在工具接口19接入供电电源20之前处于所述导通状态，即，电动工具的主开关18先被触发导通而后再插入电池包时（非正常状态时），如图5，主开关18的第三端子183和第二端子182先连接，而后再插入电池包的情况下，此时，电容1741没有上电，则第一三级管断开。即使电池包插入电动工具，因为箭头401所示的电流路径不存在，电容1741也无法上电，则第一三极管1742处于断开状态，使得第一开关也处于断开状态，这样，通过第一开关断开供电电源20和控制电路171的电连接，使控制电路171无法上电。
56.上述电动工具，通过设置第一供电电路和第二供电电路，控制供电电源20对控制电路171的供电，在主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于所述导通状态时，即电动工具先接入电池包，再触发操作开关16，控制电路171才能上电输出驱动信号至驱动电路172，驱动无刷电机13运转。这样，避免了电动工具操作开关16先触发导通，再接入供电电源20时误触发的问题，从而提高了电动工具的安全性。
57.在另一种实施方式中，参考图7，控制单元1712还包括第一控制器1713和第二控制器1714，第一控制器1713和第二控制器1714可通信地连接。其中，第一控制器1713和电机13连接以控制电机13的转动，第二控制器1714在主开关18在工具接口19接入供电电源20之后处于导通状态时，输出触发信号至第一控制器使第一控制器输出驱动信号以控制所述电机13转动。
58.具体地，第一控制器1713包括第一电源输入端，第一使能输入端d、第一电压维持端e和第一通信端f；第二控制器1714包括第二电源输入端g，第二使能输入端h、第二电压维持端i和第二通信端j。其中，第二电源输入端g用于接入电源转换支路1711提供的电压以使第二控制器1714上电，第二使能输入端b在检测到高电平时能够使第二通信端j输出触发信号至第一控制器1713，具体地，第二使能输入端在检测到高电平时能够使第二通信端输j出触发信号至第一通信端f；第二电压维持端i能够在第二控制器1714上电后输出电压信号。第一控制器1713的第一电源输入端1713a用于接入电源转换支路1711提供的电压以使第一控制器1713上电；第一电压维持端e能够在第一控制器1713上电后输出电压信号；第一使能输入端e在检测到高电平且第一通信端f接收到来自第二控制器1714的触发信号时能够使第一控制器1713输出驱动信号至驱动电路172以控制电机13的转动。
59.这样，因为控制单元1712包括第一使能输入端e和第二使能输入端i，第二供电支
路178需要配置两个三极管，即，第二供电支路178包括第二三极管1781和第四三极管1783。具体地，第二三极管1781的基极连接于第一控制器1713的第一电压维持端e，第二三极管1781的发射极和电源转换支路1711的输出端连接，第二三极管1781的集电极连接至第四三极管1783的发射极，第四三极管1783的基极连接至第二控制器1714的第二电压维持端i，第四三极管1783的集电极连接至第三三极管1782的基极。第五电阻1783并联连接至第三三级管1782的发射极和基极，第三三极管1782的集电极连接至第一开关元件1731的栅极g，第三三极管1782的发射极连接至接地线。
60.因此，在第一供电支路174使第一开关元件1731导通所述工具接口19和所述控制电路171之间的连接后，第一控制器1713和第二控制器1714上电，则第一电压维持端e和第二电压维持端i输出电压信号，第二供电支路178接收到电压维持端的电压信号和电源转换支路1711输出端的电压后，第二三级管1781导通，第四三级管1783导通，第三三极管1782导通，从而使第一开关元件1731维持导通。如箭头701所示的电流路径，电流经正极电源端子23流入，依次经电源转换支路1711，第二三极管1781、第四三极管1783和第五电阻1783。因第二三极管1781的基极电压被拉高，第二三极管1781导通，且第四三极管1783的基极电压被拉高，第四三极管1783导通，从而使第三三极管1782的基极电压被拉高，第三三极管1782导通，这样，第一开关元件1731的栅极g的电压被拉低，因此第一开关元件1731维持导通，从而使工具接口19和控制电路171的连接维持导通，控制电路171上电。
61.在一个具体的实施例中，第一使能输入端d和第二使能输入端h同时连接在第二开关元件175的漏极。这样，当控制电路171上电后且第二开关元件175断开时，第一使能输入端d断开和接地线的连接，同样地，第二使能输入端h也断开和接地线的连接，从而第一使能输入端d和第二使能输入端h的电压升高使第一控制器1713输出驱动信号至电机13以控制电机13的转动。
62.上述通过设置第一控制器1713和第二控制器1714的方式，可简单地以硬件结构的方式控制对控制电路171的供电，由此实现“与”的逻辑。即，仅在两个控制器均被触发时才能够驱动无刷电机13运转。任意一个控制器故障时，则无法驱动无刷电机13转动，由此，提高控制系统的可靠性。
63.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。