專利名稱：具有光學(xué)速度控制的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)和操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求2005年11月4日提交的美國臨時(shí)專利申請 No. 60/773， 546的優(yōu)先權(quán)。該臨時(shí)專利申請的公開內(nèi)容此處整體引為參 考。
這里描述的電路涉及電動(dòng)工具，并且具體涉及便攜式手持電動(dòng)工具。
背景技術(shù)：
包括電池操作工具的電動(dòng)工具是公知的。這些工具通常包括電動(dòng) 機(jī)，電動(dòng)機(jī)具有輸出軸，該輸出軸連接到用于保持工具的軸。該工具可 以是鉆頭、砂盤、去毛刺設(shè)備等。電能從電源被提供給電動(dòng)機(jī)。電源可 以是電池，例如Ni-Cad或其它可充電電池，其可以從工具拆下從而對 電池充電，并且連接到工具以提供電能。
電源通過電源開關(guān)被連接到電動(dòng)機(jī)。該開關(guān)包括輸入電接觸件， 用于將開關(guān)連接到電源。在開關(guān)殼體內(nèi)，可活動(dòng)的元件，有時(shí)稱為開關(guān)， 連接到輸入電接觸件，并且連接到電位計(jì)(potentiometer)的滑動(dòng)片 (wiper)。當(dāng)可活動(dòng)的元件被壓靠在開關(guān)的偏壓構(gòu)件上時(shí)，它使得輸入 電接觸件閉合，并且為電動(dòng)機(jī)的一個(gè)端子和電位計(jì)的滑動(dòng)片提供電流。 當(dāng)可活動(dòng)的元件被釋放時(shí)，可活動(dòng)的元件被偏壓，從而偏壓力使可活動(dòng) 的元件回復(fù)到這樣的位置，在該位置，輸入電接觸件打開。電流通過電 位計(jì)被連接到定時(shí)信號發(fā)生器，例如555電路。當(dāng)所述元件或者觸發(fā)器 抵抗所述偏壓力繼續(xù)被牽拉從而滑動(dòng)片將電位計(jì)的電阻從開路減小到 低電阻或者短路狀態(tài)時(shí)，供應(yīng)到定時(shí)信號發(fā)生器的電流的水平增大。
定時(shí)信號發(fā)生器的輸出被連接到固態(tài)器件例如M0SFET的柵極。固 態(tài)器件的源極和漏極連接在電動(dòng)機(jī)的第二端子和電接地之間。響應(yīng)于使固態(tài)器件打開和關(guān)閉的定時(shí)信號，電動(dòng)機(jī)選擇性地通過固態(tài)器件連接到 電接地。因此，當(dāng)定時(shí)信號使得固態(tài)器件能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)連接到電接地持 續(xù)越來越長的時(shí)間段時(shí)，電流流動(dòng)穿過電動(dòng)機(jī)持續(xù)較長時(shí)間段。電動(dòng)機(jī) 連接到電源時(shí)間越長，電動(dòng)機(jī)使得電動(dòng)機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)就越快。結(jié)果， 工具的操作者能夠改變電動(dòng)機(jī)的速度，并且因此，能夠通過操縱用于電 源開關(guān)的觸發(fā)器來改變軸中工具的轉(zhuǎn)速。
定時(shí)電路產(chǎn)生的定時(shí)信號選擇性地將電動(dòng)機(jī)連接到電源，因?yàn)樗?在邏輯的on狀態(tài)和邏輯Off狀態(tài)之間交替。在邏輯Off狀態(tài)過程中， 電動(dòng)機(jī)不再連接到電源。然而，電動(dòng)機(jī)中的繞組仍然在它們中具有電流。
為了給這些電流提供路徑，續(xù)流二極管(freewheeling diode)被設(shè)置 成穿過電動(dòng)機(jī)的端子。
電源開關(guān)的觸發(fā)器同樣連接到兩組接觸件。這些接觸件中的一組 被稱為旁路接觸件組。當(dāng)觸發(fā)器抵抗偏壓構(gòu)件到達(dá)它的行程的停止位置 時(shí)，它使得旁路接觸件閉合。旁路接觸件的閉合使得穿過電動(dòng)機(jī)的電流 繞過固態(tài)器件，并且分流到電接地中。這種作用使得電動(dòng)機(jī)能夠保持連 續(xù)連接到電源，并且達(dá)到它的最大速度。
由開關(guān)觸發(fā)器控制的另一組電接觸件是制動(dòng)接觸件。當(dāng)觸發(fā)器處 于完全偏壓位置時(shí)，這些接觸件閉合。當(dāng)觸發(fā)器抵抗偏壓力被移動(dòng)時(shí)， 制動(dòng)接觸件開啟。制動(dòng)接觸件將電動(dòng)機(jī)的一個(gè)端子連接到電動(dòng)機(jī)的另一 個(gè)端子。響應(yīng)于觸發(fā)器從使得電能能夠供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)的位置被釋放，制 動(dòng)接觸件閉合，從而提供穿過電動(dòng)機(jī)的電流路徑，用于電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)制 動(dòng)。這使得電動(dòng)機(jī)能夠更快地停止，比如果電動(dòng)機(jī)簡單地在摩擦作用下 慣性運(yùn)動(dòng)到停止?fàn)顟B(tài)更加快速。
雖然上述的電源開關(guān)對于工具速度控制是有效的，但是它在電動(dòng) 工具的使用壽命上具有一些限制。 一個(gè)缺點(diǎn)產(chǎn)生于各種部件的機(jī)械相互 作用。具體的，可活動(dòng)的元件、偏壓構(gòu)件、滑動(dòng)片的臂、和電接觸件組， 所有都相對彼此運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了摩擦，并且可活動(dòng)的構(gòu)件隨著時(shí) 間被磨損。即使當(dāng)觸發(fā)器和連接到觸發(fā)器的構(gòu)件被操縱，并且沒有電源 被連接到工具時(shí)，這種磨損也會(huì)發(fā)生。另外，工具落下或者工具的其它 粗暴的處理會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件之間的機(jī)械連接被破壞。這些破壞會(huì)不利地影響用于向電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電能所需的開關(guān)構(gòu)件的機(jī)械同步性。例如，如果可活 動(dòng)元件和各個(gè)電接觸件之間的連接被破壞，那么在制動(dòng)接觸件開啟之 前，電流會(huì)通過輸入接觸件被連接。這種作用將產(chǎn)生到電接地的短路， 并且會(huì)對開關(guān)產(chǎn)生不可修復(fù)的損壞。
現(xiàn)有電動(dòng)開關(guān)的另一個(gè)限制是輸送電流穿過開關(guān)的影響。當(dāng)電流 被首先應(yīng)用到接觸件時(shí)，電流水平足以產(chǎn)生電弧放電。電弧放電會(huì)使得 接觸件出現(xiàn)凹坑或者另外被破壞。另外，大電流容易使得開關(guān)內(nèi)的部件 變熱。結(jié)果，開關(guān)會(huì)需要散熱器或者較大的體積以散發(fā)開關(guān)內(nèi)的熱量。 用于開關(guān)的殼體的較大尺寸還會(huì)影響工具殼體的設(shè)計(jì)以容納開關(guān)的幾 何輪廓。
影響開關(guān)殼體的幾何輪廓或尺寸的另一個(gè)因素是電位計(jì)，其產(chǎn)生 可變的速度信號。通常，電位計(jì)的滑動(dòng)片經(jīng)過的距離與觸發(fā)器經(jīng)過的距 離大致相等。在許多情況中，這個(gè)距離大約為7毫米，并且該距離必須 由電位計(jì)和電位計(jì)安裝在其中的殼體容納。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有電動(dòng)工具的一些限制可以通過下面的電動(dòng)工具克服，其包括 光學(xué)傳感器，用于產(chǎn)生可變速度信號，用于控制工具的電動(dòng)機(jī)。這種工 具包括可活動(dòng)的元件，該元件具有反射表面，并且可活動(dòng)元件穿過停 止位置和全速位置之間的距離；偏壓元件，可操作地連接到可活動(dòng)的元 件，以將可活動(dòng)的元件偏壓到停止位置；光學(xué)信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生光
學(xué)信號，所述光學(xué)信號發(fā)生器被定向成使得光學(xué)信號朝著可活動(dòng)元件的
反射表面被引導(dǎo)；和速度控制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生速度控制信號，該 信號對應(yīng)于由可活動(dòng)元件的反射表面反射的所產(chǎn)生的光學(xué)信號的反射。 可活動(dòng)的元件可以是圍繞彈簧加載的軸安裝的樞轉(zhuǎn)觸發(fā)器。該彈 簧將觸發(fā)器偏壓到電動(dòng)機(jī)關(guān)閉位置。光學(xué)信號發(fā)生器可以是紅外(IR) 信號發(fā)生器，其朝著觸發(fā)器后部的反射表面發(fā)射出IR信號。反射表面 可以位于可折疊的橡膠防塵蓋的內(nèi)側(cè)上，該防塵蓋機(jī)械固定到觸發(fā)器的 后部，并且完全封閉IR傳感器裝置。速度控制信號發(fā)生器可以是IR傳 感器，例如光學(xué)LED/晶體管或者收發(fā)器。光學(xué)晶體管具有基極，該基極使得電流能夠從集電極流動(dòng)到發(fā)射極，與沖擊在基極上的光信號的強(qiáng) 度一致。由觸發(fā)器的反射表面朝著速度控制信號收發(fā)器反射的光信號的
部分根據(jù)反射表面和速度控制IR收發(fā)器之間的距離改變。
使用光學(xué)信號發(fā)生器和接收器來產(chǎn)生可變速度控制信號，消除了 活動(dòng)部件、電位計(jì)和對于它的滑動(dòng)片的需要，滑動(dòng)片穿過的距離與可活 動(dòng)元件經(jīng)過的距離大致相等。這些部件的尺寸使得構(gòu)件在開關(guān)殼體中占 用較少空間。
一種用于操作電池供電工具的方法，包括利用可活動(dòng)元件經(jīng)過 停止位置和全速位置之間的距離，所述可活動(dòng)元件具有反射表面，將所 述可活動(dòng)元件朝著停止位置偏壓，將光信號朝著可活動(dòng)元件的反射表面 引導(dǎo)，并且產(chǎn)生速度控制信號，該信號對應(yīng)于由可活動(dòng)元件的反射表面 反射的光學(xué)信號的反射。


本發(fā)明可以采用各種系統(tǒng)、方法部件、和各種系統(tǒng)方法部件的布 置的形式。附圖僅是用于說明典型實(shí)施例的目的，并且不用于限制本發(fā) 明。
圖1示出了包括本發(fā)明特征的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的透視圖2示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的側(cè)視圖，其中可充電電池組被拆除；
圖3示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的透視圖，其中電池組、主殼體蓋的 一部分、和頭部殼體的一部分被拆除，并且刀頭處于刀頭保持器中；
圖4示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的頭部、鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)和行星齒輪系 統(tǒng)的剖視圖5示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的頭部的分解透視圖，包括自動(dòng)心軸 鎖定系統(tǒng)；
圖6示出了圖1的鉆機(jī)的頭部的俯視圖，其中一些部件位于頭部 殼體的凹槽(bay)內(nèi)；
圖7示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)中用于支撐輸出小齒輪軸的支架的俯
視圖8示出了圖7的支架的側(cè)視圖；圖9示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的行星齒輪部分、鉸轉(zhuǎn)部分和頭部的
俯視圖，其中主殼體和頭部殼體的一部分被拆除；
圖IO示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)的側(cè)視圖，包括錐齒 輪和兩個(gè)小齒輪；
圖11是圖1的鉆機(jī)的頭部殼體的一部分的透視圖，具有處于凹口 中的多個(gè)齒，其形成為與鉸轉(zhuǎn)按鈕上的齒互補(bǔ)；
圖12示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的鉸轉(zhuǎn)按鈕的透視圖13示出了圖12的鉸轉(zhuǎn)按鈕的底部的透視圖14示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的外部殼體的內(nèi)表面的部分俯視圖， 其中具有齒和孔，所述齒形成為與鉸轉(zhuǎn)按鈕上的齒互補(bǔ)，所述孔用于接 納鉸轉(zhuǎn)按鈕的突起部分；
圖15示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的外部殼體的內(nèi)表面的俯視圖16示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的部分平面圖，其中頭部與主殼體部 分對齊，并且不具有防塵蓋；
圖17示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的部分平面圖，其中頭部與主殼體部 分對齊，并且具有防塵蓋；
圖18示出了圖18的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的側(cè)視圖，其中頭部從鉆機(jī)的主殼 體部分被旋轉(zhuǎn)90度，并且主殼體部分的一部分被拆除以示出圖17的防 塵蓋的位置；
圖19示出了圖18的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的側(cè)視圖，其中頭部從鉆機(jī)的主殼 體部分被旋轉(zhuǎn)180度，并且主殼體部分的一部分被拆除以示出圖17的 防塵蓋的位置；
圖20示出了圖19的防塵蓋的詳細(xì)結(jié)構(gòu)；
圖21示出了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的透視圖，其中變速觸發(fā)器開關(guān)、離 合器控制和主殼體的一部分被拆除；
圖22a、 22b和22c示出了根據(jù)本發(fā)明的原理圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的印 刷電路板的各個(gè)視圖23示出了圖21的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)的透視圖，具有可折疊的罩，具有 內(nèi)部反射表面，安裝在光發(fā)生器和光傳感器上方；
圖24示出了圖1的鉆機(jī)的示意圖/框圖，結(jié)合了用于電動(dòng)機(jī)速度控制的光學(xué)開關(guān)；
圖25示出了螺絲刀刀頭形式的鉆機(jī)刀頭的側(cè)視圖，其可以與圖1 的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)一起使用；
圖26示出了圖25的鉆機(jī)刀頭的剖視圖，其插入圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)
中；
圖27示出了圖25的鉆機(jī)刀頭的剖視圖，其插入了圖1的鉸轉(zhuǎn)鉆
機(jī)中；
圖28示出了根據(jù)本發(fā)明原理的錐齒輪的部分俯視圖，具有兩個(gè)間 隔90度的小齒輪；
圖29示出了圖28的錐齒輪的部分俯視圖，具有兩個(gè)間隔180度 的小齒輪；
圖30示出了電動(dòng)工具的電子框圖/示意圖，其利用電動(dòng)機(jī)接口電 路使工具的電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)，該電路具有半橋，以向操作者提供振動(dòng)反 饋，扭矩限制已經(jīng)達(dá)到；
圖31示出了電路的電子框圖/示意圖，其可以與圖1的鉆機(jī)一起 使用，其利用電動(dòng)機(jī)接口電路使鉆機(jī)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)制動(dòng)，該電路具有全H 橋電路，以向操作者提供振動(dòng)反饋，扭矩極限已經(jīng)達(dá)到；和
圖32A和32B示出了電動(dòng)工具的電子框圖/示意圖，其根據(jù)來自光
學(xué)開關(guān)的可變速度信號提供電動(dòng)機(jī)速度控制，并且使電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)地制 動(dòng)，以指示出已經(jīng)達(dá)到扭矩極限。
具體實(shí)施例方式
通常以IOO表示的鉸轉(zhuǎn)(articulating,鉸接式轉(zhuǎn)動(dòng))鉆機(jī)在圖1 中示出。在圖1的實(shí)施例中，鉆機(jī)IOO包括主殼體部分102和頭部104。 主殼體部分102容納電動(dòng)機(jī)以及用于控制鉆機(jī)100的相關(guān)電子元件。主 殼體部分102包括電池容座，用于接納可充電的電池組106，如現(xiàn)有技 術(shù)中公知的。在一個(gè)實(shí)施例中，可充電的電池組106包括鋰離子電池。 通過壓下電池釋放翼片108，電池組106被拆除。圖2示出了鉆機(jī)100， 其中電池組106被拆除?？商鎿Q的，鉆機(jī)IOO可以由外部電源例如外部 電池或者電源線驅(qū)動(dòng)。可變速度觸發(fā)器開關(guān)110控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向
由反向按鈕112控制，按鈕112在指狀平臺(tái)114內(nèi)滑動(dòng)。通風(fēng)開口 116 允許冷卻空氣在主殼體102內(nèi)的電動(dòng)機(jī)周圍循環(huán)。離合器控制裝置118 設(shè)置當(dāng)使用鉆機(jī)100時(shí)可以產(chǎn)生的最大扭矩。在圖1所示的位置，離合 器控制裝置118處于最高設(shè)置或者鉆機(jī)模式。在最高設(shè)置，離合器被禁 止提供最大扭矩。通過使離合器控制裝置118從圖l所示位置向下滑動(dòng)， 使用者可以設(shè)置適合的扭矩極限，其被允許由鉆機(jī)IOO產(chǎn)生，下面詳細(xì) 描述。因此，在最高設(shè)置以外的設(shè)置，離合器控制裝置118的設(shè)置以上 的扭矩使得離合器被啟動(dòng)。
主殼體部分102還包括鉸轉(zhuǎn)按鈕120和多個(gè)角度基準(zhǔn)指示器122， 所述指示器模制到主殼體102的外表面124上。在圖1的實(shí)施例中，具 有五個(gè)角度基準(zhǔn)指示器122，其用于識(shí)別五個(gè)角度位置，頭部104可以 被放置在該角度位置中。
頭部104包括夾套(collet)鎖定裝置126和角度指示器128。頭 部104被設(shè)置的角度由角度指示器128與之對齊的角度基準(zhǔn)指示器122 指示。如圖1所示，頭部104相對于主殼體部分102成90度角度。在 圖2中，頭部104與主殼體部分102軸向?qū)R。雖然圖l、 2的實(shí)施例 具有五個(gè)角度基準(zhǔn)指示器122，但是可以有另外的或者更少的角度基準(zhǔn) 指示器122、和頭部104相對于主殼體部分102可以被放置的相對應(yīng)角 度。
下面參考圖3-6，夾套鎖定裝置126位于刀頭保持器130周圍，保 持器130依次由球軸承132支撐，軸承132固定在頭部殼體136的軸承 套(bearing pocket) 134內(nèi)。夾套鎖定裝置126包括具有凹部140的 套筒138。彈簧142設(shè)置在刀頭保持器130周圍。刀頭保持器130包括 孔144和凹部148，孔144接納圓柱形銷146，凹部148接納鋼球150。
軸承132在軸承132外部后邊緣處抵靠頭部104的頭部殼體136。 更具體的，軸承132抵靠凸緣152。在這個(gè)實(shí)施例中，凸緣152圍繞殼 體136是連續(xù)的，但是可替換的，凸緣可以是圍繞殼體136的內(nèi)部設(shè)置 的多個(gè)翼片的形式。
刀頭保持器130可操作地連接到驅(qū)動(dòng)夾套154，該夾套依次通過驅(qū)動(dòng)板158連接到輸出小齒輪軸156，驅(qū)動(dòng)板158固定地連接到輸出小齒 輪軸156。鎖定環(huán)160圍繞驅(qū)動(dòng)夾套154和三個(gè)鎖定銷162。鎖定環(huán)160、 驅(qū)動(dòng)夾套154、驅(qū)動(dòng)板158和鎖定銷162，都包括自動(dòng)心軸鎖定系統(tǒng)， 從而輸出刀頭保持器130僅可以從小齒輪側(cè)被驅(qū)動(dòng)，如現(xiàn)有技術(shù)中公知 的。當(dāng)從刀頭側(cè)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，即當(dāng)工具IOO用作手動(dòng)螺絲刀時(shí)，心軸鎖定 系統(tǒng)保持輸出小齒輪軸156防止旋轉(zhuǎn)，因此有助于將工具100用作手動(dòng) 螺絲刀。在可替換的實(shí)施例中，可以使用手動(dòng)操作的鎖定裝置。
小齒輪164設(shè)置在輸出小齒輪軸156的與驅(qū)動(dòng)板158相反的一端 處。輸出小齒輪軸156的一端由軸承166被保持軸向?qū)R，軸承166配 合在軸承套168內(nèi)。輸出小齒輪軸156的相反端由套筒170支撐。套筒 170在一側(cè)上由頭部殼體136上的凸緣172支撐。在相反側(cè)上，套筒170 由支架174支撐，同樣如圖7和8所示。
支架174包括支撐區(qū)域176，支撐區(qū)域構(gòu)造成與套筒170的一部分 互補(bǔ)。兩個(gè)連接臂178構(gòu)造成連接到頭部殼體136，如圖9所示。支架 174使得不需要為凸緣172提供匹配的凸緣，凸緣172模制到頭部殼體 136的相反側(cè)中。對于相對凸緣需要的消除允許設(shè)計(jì)自由度顯著增加， 因?yàn)閷τ谟糜谔淄?70的支撐結(jié)構(gòu)的空間需要被減小。支架174可以利 用W108鋼被沖壓，從而提供所需要的剛度和強(qiáng)度。
下面參考圖10，小齒輪164形成了鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180的一部分。 鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180還包括錐齒輪182，齒輪182在鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180的 輸出部分處與小齒輪164嚙合，并且還在電動(dòng)機(jī)部分上與小齒輪184嚙 合。錐齒輪182的軸186在一端處支撐在框架190的孔188 (見圖4) 內(nèi)?？蚣?90利用鋅和鋁合金ZA-8制成。這種材料提供了充分小的摩 擦系數(shù)，從而確保軸186和框架190之間存在相對小的摩擦力。
軸186在相反端處由球軸承192徑向和軸向支撐，軸承192由框 架190支撐。然而在軸186的這端，相當(dāng)大的力產(chǎn)生，比插入孔188內(nèi) 的軸186的端部處大。更具體的，如圖10所示，小齒輪164和小齒輪 184位于錐齒輪182的相同側(cè)上。因此，當(dāng)鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180旋轉(zhuǎn)時(shí)， 在錐齒輪182上沿著箭頭194的方向朝著錐齒輪182的基部196產(chǎn)生力。 這個(gè)力用于使錐齒輪182脫離小齒輪164和小齒輪184。由于這個(gè)增大的力作用在錐齒輪182上，不可接受大小的軸向力將被傳遞到軸承192。 因此，推力軸承198被設(shè)置，以保護(hù)球軸承192,并且為錐齒輪182的 基部196提供低摩擦的支撐。推力軸承198由這樣的材料制成，其具有 可接受的較低的摩擦系數(shù)，例如含油青銅，可以從McMaster Carr of Chicago, Illinois購買。因此，在錐齒輪182基部196處產(chǎn)生的摩擦 被保持在可接受的水平內(nèi)。
再次參考圖4，小齒輪184固定地連接到行星齒輪箱軸200，軸200 接受來自通常以202表示的行星齒輪系統(tǒng)的扭矩。行星齒輪系統(tǒng)202從 電動(dòng)機(jī)接受扭矩，如現(xiàn)有技術(shù)中一樣。行星齒輪系統(tǒng)202位于行星齒輪 殼體204內(nèi)，殼體204部分插入框架190內(nèi)。這種布置允許行星齒輪系 統(tǒng)202利用其它構(gòu)件單獨(dú)制造，同時(shí)簡化了行星齒輪系統(tǒng)202與其它構(gòu) 件的裝配。這種模塊化允許可替換的軸承被設(shè)置在行星齒輪系統(tǒng)202 中，同時(shí)確保與其它構(gòu)件適合的配合。
通常，適合的是提供行星齒輪殼體204和框架190之間的簡單的 摩擦配合。在圖4的實(shí)施例中，然而，鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180產(chǎn)生了沿著行 星齒輪箱軸200的軸向力。這個(gè)軸向力用于使行星齒輪殼體204脫離框 架190。因此，銷206和208被設(shè)置，所述銷延伸穿過行星齒輪殼體204 和框架190。銷206和208確保了在鉆機(jī)100工作過程中行星齒輪殼體 204不會(huì)脫離框架190。可替換的，行星齒輪殼體204和框架190可以
形成為整體的單元。
參考圖4，框架190被構(gòu)造成與頭部殼體136滑動(dòng)地配合。為此，
頭部殼體136包括罩蓋部分210，該部分圍繞球軸承192互補(bǔ)地形成到 框架190。頭部殼體136還包括凹部212，凹部212構(gòu)造成接納限定所 述孔188的框架190的部分。同樣如圖4所示，凹口 (well) 214包括 多個(gè)齒216，如圖11所示。
參考圖12-14，凹口的齒216形成為與在鉸轉(zhuǎn)按鈕120中形成的多 個(gè)齒218互補(bǔ)。鉸轉(zhuǎn)按鈕120包括突起的中間部分220，該部分構(gòu)造成 配合在主殼體部分102中的孔222內(nèi)。鉸轉(zhuǎn)按鈕120的齒218還構(gòu)造成 與多個(gè)齒224嚙合，所述齒224在孔222周圍在主殼體部分102的內(nèi)側(cè) 上形成。鉸轉(zhuǎn)按鈕120還在面對所述凹口 214的鉸轉(zhuǎn)按鈕120的側(cè)上包括彈簧接納凹口 226。當(dāng)裝配時(shí)，彈簧(未示出)被設(shè)置在凹口 214內(nèi)， 并且延伸到彈簧接納凹口 226中，迫使鉸轉(zhuǎn)按鈕120的突起的中間部分 220朝著這樣的位置，在該位置，鉸轉(zhuǎn)按鈕120突出到孔222中。
參考圖4和15，框架190通過肋228軸向支撐在主殼體部分102 中，在這個(gè)實(shí)施例中，主殼體部分由塑料制成。當(dāng)框架190安裝在主殼 體部分102中時(shí)，如圖3所示，肋228位于框架190的翼片230的下面。 行星齒輪系統(tǒng)202機(jī)械固定到電動(dòng)機(jī)232，電動(dòng)機(jī)232本身電連接到印 刷電路板234，電路板234依次電連接到電池接觸件保持器236。接觸 件保持器236與電池組106上的電池組容座配合，并且將電池的電能通 過引線(未示出)傳遞到電路板234。另一對引線(未示出)從電路板 234延伸到電動(dòng)機(jī)的端子238，從而將所需要的電壓電平輸送到電動(dòng)機(jī) 232。
下面參考圖5，間隙240設(shè)置在圍繞錐齒輪182的頭部殼體136的 部分中，其允許頭部殼體136相對于主殼體部分102旋轉(zhuǎn)，同時(shí)小齒輪 164保持與錐齒輪182嚙合。然而當(dāng)頭部104與主殼體部分102軸向?qū)?齊時(shí)，間隙240被暴露，如圖16所示。鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180因此被暴露， 允許污染物進(jìn)入鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180，這將弄臟鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)，并且具有 安全隱患，因?yàn)橐挛?、手指或者頭發(fā)會(huì)被纏在鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180中。因 此，圖17所示的浮動(dòng)的防塵蓋242被用于防止鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180的污 染，并且避免運(yùn)動(dòng)的齒輪通過間隙240被暴露到操作者，特別是當(dāng)頭部 殼體136與主殼體部分102軸向?qū)R時(shí)，如圖17所示。
防塵蓋242設(shè)置在通道244中，通道244由主殼體部分102和頭 部殼體136限定，如圖18-20所示。在通道244的下部(如圖18和19 所示)處防塵蓋242的位置由可活動(dòng)的防塵蓋移動(dòng)限制器246或者由框 架190的一部分248限制，該限制器位于頭部殼體136上，如圖11和 20清楚所示。通道244的上部處防塵蓋242的位置受到頭部殼體136 的頸部250或者主殼體部分102中的唇部252限制。
下面參考圖3和21-23，離合器控制裝置118與電路板234上的線 性電位計(jì)254機(jī)械連接(interface)。同樣，光傳感器256位于電路板 234上，該傳感器由可折疊的橡膠罩(boot) 258覆蓋，罩258依次機(jī)械固定到可變速度觸發(fā)器110。反射表面260 (見圖24)位于橡膠罩258 的內(nèi)側(cè)上。塑料彈簧定位元件262用于設(shè)置和支撐彈簧264，元件262 機(jī)械固定到電路板234，彈簧264機(jī)械固定到可變速度觸發(fā)器110。彈 簧264將可變速度觸發(fā)器110沿著遠(yuǎn)離電路板234的方向圍繞樞軸266 偏壓。電路板234同樣包括兩位置滑動(dòng)開關(guān)268，其機(jī)械連接到反向按 鈕112。
將可變速度觸發(fā)器110圍繞樞軸266操縱會(huì)改變反射表面260相 對于光傳感器256的位置，從而產(chǎn)生可變速度控制信號。雖然工具IOO 的實(shí)施例結(jié)合了光學(xué)信號發(fā)生器和接收器，用于提供可變速度控制信 號，但是這種工具可替換地可以使用壓力傳感器、電容接近度傳感器、 或者感應(yīng)接近度傳感器。在這些可替換實(shí)施例中，用于產(chǎn)生可變電動(dòng)機(jī) 速度控制信號的壓力檢測開關(guān)可包括壓力傳感器，用于產(chǎn)生可變速度控 制信號，該信號對應(yīng)于由操作者直接地或者通過中間元件施加到壓力傳 感器的壓力，所述中間元件例如可活動(dòng)元件，其經(jīng)過所述停止位置和全 速位置之間的距離。
利用電容接近度傳感器實(shí)現(xiàn)的可變電動(dòng)機(jī)速度控制信號的一個(gè)實(shí) 施例可包括電容傳感器，該傳感器產(chǎn)生可變速度控制信號，該信號對應(yīng) 于通過操作者手指或者可活動(dòng)元件的表面對于電容傳感器的接近度產(chǎn) 生的電容。利用感應(yīng)接近度傳感器實(shí)現(xiàn)的一個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生了可變速度控 制信號，該信號對應(yīng)于由操作者的手指或者可活動(dòng)元件的表面對于感應(yīng) 傳感器的接近度產(chǎn)生的電感。
參考圖23，工具100的可變速度控制電路270被示意性示出?？?變速度控制電路270包括電源接觸件272，其可操作地連接到可變速度 觸發(fā)器開關(guān)IIO。光學(xué)信號發(fā)生器274連接到電池106，并且設(shè)置在電 路板232上，從而，從光學(xué)信號發(fā)生器274發(fā)射的光朝著可變速度觸發(fā) 器開關(guān)110的反射表面260引導(dǎo)，并且朝著光傳感器256被引導(dǎo)。
光傳感器256和光學(xué)信號發(fā)生器274可以設(shè)置在相同殼體中，并 且均可以位于單獨(dú)的殼體中。當(dāng)所述兩個(gè)構(gòu)件位于相同的殼體中時(shí)，光 發(fā)生器和傳感器可以通過殼體中單獨(dú)的觀察窗(sight glass)發(fā)射和 接收光?？商鎿Q的，每個(gè)構(gòu)件可具有單獨(dú)的觀察窗。在單個(gè)殼體中具有光發(fā)生器和傳感器的集成部件是QRD1114 Reflective Object Sensor, 可從Fairchild Semiconductor of Sunnyvale, California貝勾買。這 種殼體基本小于具有滑動(dòng)片的電位計(jì)，其經(jīng)過的距離與觸發(fā)器從停止向 全速位置經(jīng)過的距離大致相同。
光學(xué)信號發(fā)生器274和光傳感器256可以是紅外光發(fā)射器和紅外 光接收器。在可替換實(shí)施例中，IR收發(fā)器可以容納在柔性防塵蓋內(nèi)， 該蓋機(jī)械固定到可變速度觸發(fā)器開關(guān)的后部。在這種實(shí)施例中，可活動(dòng) 觸發(fā)器附近的蓋的內(nèi)側(cè)將光學(xué)信號反射到接收器，用于產(chǎn)生速度控制信 號。
結(jié)合了光傳感器256的工具的控制會(huì)受到外部能量源的不利影響， 例如太陽。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可折疊的罩或者防塵蓋258由不透 明材料制成，或者涂覆有不透明材料，從而會(huì)漏過殼體和觸發(fā)器裝置的 來自太陽的能量不會(huì)影響由光傳感器256接收的信號?？商鎿Q的，對于
特定頻率帶敏感的光傳感器可以與下面的裝置一起使用，該裝置可以保 護(hù)光傳感器僅不受該特定頻率帶的影響。在其它實(shí)施例中，唯一地將來 自反射信號的能量從干擾能量中識(shí)別出的另外的電路或者代碼也可以 使用。
光傳感器256是光學(xué)晶體管，具有通過接觸件272連接到電池 組106的集電極276、和通過分壓器280和電容282連接到電接地的發(fā) 射極278。定時(shí)信號發(fā)生器284從分壓器280接收電壓。在工具100中， 定時(shí)信號發(fā)生器264是公知的555定時(shí)器，但其它定時(shí)信號發(fā)生器也可 以使用。
定時(shí)信號發(fā)生器264的輸出被連接到M0SFET 288的柵極286，該 M0SFET 288具有漏極290和源極292，漏極290連接到電動(dòng)機(jī)端子238 中的一個(gè)，源極連接到電接地。其它電動(dòng)機(jī)端子238通過接觸件272連 接到電池組106。續(xù)流二極管294連接穿過電動(dòng)機(jī)端子238。旁路接觸 件296，可操作地連接到可變速度觸發(fā)器開關(guān)110，平行于M0SFET288 位于電動(dòng)機(jī)端子238和電接地之間，并且制動(dòng)接觸件298平行于續(xù)流二 極管294。
下面參考圖24-26描述鉆機(jī)100的操作。夾套鎖定裝置126構(gòu)造成與刀頭一起操作，例如圖24所示的螺絲刀刀頭300。螺絲刀刀頭300 和刀頭保持器130形狀互補(bǔ)。在這個(gè)實(shí)例中，螺絲刀刀頭300和刀頭保 持器130基本是六角形形狀，但可替換的形狀也可以使用。螺絲刀刀頭 300的直徑略小于刀頭保持器130，從而它可以配合在刀頭保持器130 內(nèi)。螺絲刀刀頭300包括開槽區(qū)域302和尾部304。
首先，套筒138從圖4所示的位置向右移動(dòng)到圖26所示的位置， 從而壓縮所述彈簧142。當(dāng)套筒138移動(dòng)時(shí)，套筒138中的凹部140定 位在刀頭保持器130中的凹部148的附近。然后，當(dāng)螺絲刀刀頭300被 移動(dòng)到刀頭保持器130中時(shí)，尾部304將鋼球150朝著凹部140促動(dòng)， 并且促動(dòng)到刀頭保持器130的通道外，允許尾部304完全移動(dòng)經(jīng)過鋼球 150。
這時(shí)，開槽區(qū)域302與凹部148對齊。套筒138然后被釋放，允 許彈簧142將套筒138偏壓到刀頭保持器130上，保持器130處于圖 27所示位置的左邊。當(dāng)套筒138移動(dòng)時(shí)，凹部140被移動(dòng)離開凹部148， 從而將鋼球150部分迫使到圖27所示的刀頭保持器130的通道中。鋼 球150運(yùn)動(dòng)到刀頭保持器130的通道中被允許，因?yàn)殚_槽區(qū)域302與凹 部148對齊。這時(shí)，刀頭300被牢固保持在刀頭保持器130內(nèi)。
頭部殼體136然后相對于主殼體部分102被鉸轉(zhuǎn)成適合的角度。 首先，彈簧接納凹口 226中的彈簧(未示出)迫使鉸轉(zhuǎn)按鈕120延伸到 孔222中。因此，鉸轉(zhuǎn)按鈕120的齒218與主殼體部分102中的齒224、 以及頭部殼體136的凹口 214中的齒216嚙合，從而將鉸轉(zhuǎn)按鈕120(和 頭部殼體136)與主殼體部分102角度鎖定。另外，防塵蓋242在通道 244的上部處通過頭部殼體136的頸部250被限制，并且在通道244的 下部處通過框架190的部分248被限制，如圖18所示。
操作者然后向鉸轉(zhuǎn)按鈕120施加力，使得彈簧(未示出)被擠壓， 從而使齒218脫離齒224。因此，即使齒218保持與齒216嚙合，頭部 104被允許相對于主殼體部分102樞轉(zhuǎn)。當(dāng)頭部104被鉸轉(zhuǎn)時(shí)，例如， 從圖1所示的位置到圖2所示的位置，小齒輪164圍繞錐齒輪182鉸轉(zhuǎn)。 通過實(shí)例，圖28示出了當(dāng)鉆機(jī)100處于圖1所示的結(jié)構(gòu)時(shí)小齒輪164 和184相對于錐齒輪182的位置。在這種結(jié)構(gòu)中，小齒輪164與小齒輪184圍繞錐齒輪182的邊緣偏離大約90度。當(dāng)頭部104沿著箭頭306 的方向鉸轉(zhuǎn)時(shí)，小齒輪164圍繞錐齒輪182沿著相同方向鉸轉(zhuǎn)。因此， 當(dāng)頭部104與主殼體部分102對齊時(shí)，小齒輪164在錐齒輪182上位于 與小齒輪184間隔180度的位置，如圖29所示。
在這個(gè)鉸轉(zhuǎn)過程中，小齒輪164和184保持與錐齒輪182嚙合。 因此，當(dāng)頭部殼體136被鉸轉(zhuǎn)時(shí)，刀頭保持器130可以由電動(dòng)機(jī)232旋 轉(zhuǎn)。另外，頭部殼體136的鉸轉(zhuǎn)使得可活動(dòng)的防塵蓋行程限制器246與 防塵蓋242接觸，并且將防塵蓋242沿著通道244推動(dòng)。因此，構(gòu)造成 比圖17所示的間隙240寬的防塵蓋242限制從鉆機(jī)100的外側(cè)接近鉸 轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180。
當(dāng)鉸轉(zhuǎn)鉆機(jī)100旋轉(zhuǎn)到適合位置時(shí)，操作者減小施加到鉸轉(zhuǎn)按鈕 120的力。彈簧接納凹口 226中的彈簧(未示出)然后被允許迫使鉸轉(zhuǎn) 按鈕120遠(yuǎn)離槽214，直到鉸轉(zhuǎn)按鈕120延伸穿過孔222。因此，鉸轉(zhuǎn) 按鈕120的齒218與主殼體部分102中的齒224以及頭部殼體136的凹 部214中的齒216嚙合，從而將鉸轉(zhuǎn)按鈕120 (和頭部殼體136)與主 殼體部分102角度鎖定。
對于刀頭300適合的旋轉(zhuǎn)方向然后通過以已知方式將反向按鈕112
設(shè)置在與適合旋轉(zhuǎn)方向?qū)?yīng)的位置中而被建立。通過將可變速度觸發(fā)器 開關(guān)110圍繞樞軸266移動(dòng)以閉合電源接觸件272，完成旋轉(zhuǎn)。接觸件 272的閉合連通了電路，允許電流流動(dòng)到光學(xué)信號發(fā)生器274，產(chǎn)生了 被發(fā)射的光。
發(fā)射的光入射所述反射表面260，并且一部分光被朝著光傳感器 256反射。隨著反射表面260移動(dòng)靠近光傳感器256，由反射表面260 反射的光的量增加。光傳感器256檢測的增加的光使得被光傳感器256 傳導(dǎo)的電流增加，并且電流流動(dòng)穿過光傳感器256使得電流從集電極 276流動(dòng)到發(fā)射極278。因此，隨著撞擊在光傳感器256上的光的強(qiáng)度 增加，光傳感器256傳導(dǎo)的電流增大。這種電流的增大使得分壓器280 提供給定時(shí)信號發(fā)生器284的電壓電平增加。增大的信號是可變速度信 號，并且它使得定時(shí)信號發(fā)生器284以已知方式產(chǎn)生定時(shí)信號。在所述 的鉆機(jī)100中，定時(shí)信號發(fā)生器284是公知的555定時(shí)器，但其它定時(shí)信號發(fā)生器也可以使用。
定時(shí)信號發(fā)生器284產(chǎn)生了定時(shí)脈沖，其具有邏輯on狀態(tài)，該狀 態(tài)對應(yīng)于可變速度信號的水平。這個(gè)信號被提供給MOSFET 288的柵極 286。當(dāng)柵極286處具有的信號是邏輯on狀態(tài)時(shí)，MOSFET 288將其中 一個(gè)電動(dòng)機(jī)端子238連接到地，同時(shí)另一個(gè)電動(dòng)機(jī)端子238通過主接觸 件272被連接到電池電源。因此，當(dāng)可變速度觸發(fā)器開關(guān)110到達(dá)這樣 的位置時(shí)，該位置處，光傳感器256開始檢測反射光，并且產(chǎn)生可變速 度信號，定時(shí)信號發(fā)生器284開始產(chǎn)生這樣的信號，該信號使得M0SFET 238將其中一個(gè)電動(dòng)機(jī)端子238接地。 一旦這發(fā)生，電流開始流動(dòng)穿過 M0SFET 288，并且電動(dòng)機(jī)232開始沿著由反向按鈕112選擇的方向旋轉(zhuǎn)。
續(xù)流二極管294使得電動(dòng)機(jī)232的繞組中適合的半周期電流通過 二極管294流動(dòng)到電動(dòng)機(jī)232外，并且當(dāng)M0SFET 288沒有響應(yīng)于處于 off狀態(tài)的定時(shí)信號傳導(dǎo)時(shí)返回到電動(dòng)機(jī)232中。這種作用作為續(xù)流是 已知的，并且是眾所周知的。
當(dāng)可變速度觸發(fā)器110處于全速位置時(shí)，定時(shí)信號主要處于on狀 態(tài)，并且旁路接觸件296閉合。旁路接觸件296的閉合使得電池電流能 夠連續(xù)流動(dòng)穿過電動(dòng)機(jī)232，從而電動(dòng)機(jī)232以最高速旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)不再需要旋轉(zhuǎn)時(shí)，操作者釋放可變速度觸發(fā)器開關(guān)110，并且彈 簧264使得可變速度觸發(fā)器開關(guān)110圍繞樞軸266旋轉(zhuǎn)，使得旁路接觸 件296打開。另外，制動(dòng)接觸件298閉合，從而連接電動(dòng)機(jī)端子238。 將兩個(gè)電動(dòng)機(jī)端子238通過制動(dòng)接觸件298彼此連接使得電動(dòng)機(jī)能夠動(dòng) 態(tài)制動(dòng)。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的控制系統(tǒng)，工具100的電動(dòng)控制因此對于產(chǎn)生 可變速度信號的部件需要較少空間。因?yàn)榭勺兯俣扔|發(fā)器開關(guān)110經(jīng)過 的距離不必被光信號發(fā)生器274和光傳感器256所匹配，獲得了相當(dāng)大 的空間效率。另外，光信號發(fā)生器274和光傳感器256不需要活動(dòng)部件， 從而可靠性也得到提高。有利的，光信號發(fā)生器274和光傳感器256可 以安裝在相同的印刷電路板234上，定時(shí)信號發(fā)生器284安裝在該電路 板上。
當(dāng)鉆機(jī)100工作時(shí)，刀頭300受到軸向力。該軸向力例如是由操作者施加的壓力引起，或者由刀頭上的沖擊引起。在任一種情況中，鉸
轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180被保護(hù)防止被破壞，同時(shí)沒有增大鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180內(nèi)
的部件的體積。這通過下面的方式實(shí)現(xiàn)將來自刀頭300的軸向力引導(dǎo)
到鉆機(jī)100的主殼體部分102，同時(shí)繞過鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)。參考圖27，刀 頭300上的沖擊容易使得刀頭300進(jìn)一步移動(dòng)到鉆機(jī)100中，或者如圖 27所示向左移動(dòng)。在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)中，不僅這種力會(huì)破壞齒輪系統(tǒng)， 而且用于將刀頭保持在刀頭保持器內(nèi)的鋼球經(jīng)常會(huì)堵塞，使得必須更換 夾套鎖定裝置。
然而如圖27所示，柱形銷146定位成使得在開槽區(qū)域302的壁 接觸鋼球150之前，刀頭300的尾部304將接觸柱形銷146。因此，軸 向沖擊將不會(huì)使得鋼球150堵塞。當(dāng)然，柱形銷146必須由足以承受軸 向沖擊的材料制成。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，柱形銷146由AISI4135鋼制成。
參考圖4，在軸向沖擊的情況中，力從柱形銷146被傳遞到刀頭保 持器130。軸向力從刀頭保持器130被傳遞到軸承132，軸承132位于 軸承套134內(nèi)。因此，軸向力被傳遞到頭部殼體136的凸緣152中(同 樣見圖5)。頭部殼體136在這個(gè)實(shí)施例中由鋁合金A380制成，從而能 夠承受由軸承132傳遞的力。該力隨后被傳遞到框架190，并且傳遞到 主殼體部分102的肋228中。
更具體的，用于傳遞軸向力的兩個(gè)路徑在鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180周圍 提供。當(dāng)頭部殼體136與主殼體部分102軸向?qū)R時(shí)，第一路徑主要傳 遞軸向力。在這種結(jié)構(gòu)中，軸向力主要通過凹部212并且在罩蓋部分 210處從頭部殼體136傳遞到框架190，在凹部212，頭部殼體136與 孔188周圍的框架190接合(見圖4)，在罩蓋部分處，頭部殼體136 與錐齒輪196的基部外的框架190接合。
當(dāng)頭部殼體136相對于主殼體部分102處于90度角度時(shí)，第二路 徑主要傳遞軸向力。在這種結(jié)構(gòu)中，軸向力再次從柱形銷146被傳遞到 刀頭保持器130。軸向力然后主要從頭部殼體136的凹口 214中的齒216 傳遞到鉸轉(zhuǎn)按鈕120上的齒218，并且然后傳遞到主殼體部分102中的 齒224。
當(dāng)頭部殼體136沒有與主殼體部分102完全對齊、或者相對于主殼體部分102沒有完全成90度角度時(shí)，軸向力大致通過上述兩個(gè)路徑。 因此，軸向力在鉆機(jī)100的鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180上的影響被降低。由于鉸 轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180因此受到保護(hù)，鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)180可以被構(gòu)造成比其它 鉸轉(zhuǎn)齒輪系統(tǒng)更輕。
在一個(gè)實(shí)施例中，可用在鉆機(jī)100或其它電動(dòng)工具中的印刷電路 板包括下面的電路，該電路向操作者提供振動(dòng)反饋，如圖30所示。振 動(dòng)反饋電路308包括微控制器310、驅(qū)動(dòng)電路312、和電動(dòng)機(jī)接口電路 314。驅(qū)動(dòng)電路312在這個(gè)實(shí)施例中是集成電路，其利用單脈沖寬度調(diào) 制(PWM)信號產(chǎn)生用于半橋電路的驅(qū)動(dòng)信號、扭矩極限指示信號和電 動(dòng)機(jī)方向控制信號，扭矩極限指示信號可以是與P而信號相同的信號。 驅(qū)動(dòng)電路312可以是半橋驅(qū)動(dòng)器，例如Allegro 3946，其可以從Allegro Microsystems, Inc. of Worecester, Massachusetts貝勾買。
驅(qū)動(dòng)電路312的輸出通過兩個(gè)晶體管318和320被連接到電動(dòng)機(jī) 316，所述晶體管可以是M0SFET，但也可使用其它類型的晶體管。晶體 管318可通過開關(guān)322和324連接到電動(dòng)機(jī)316的任一個(gè)端子，而晶體 管320可以通過開關(guān)326和328連接到電動(dòng)機(jī)316的任一個(gè)端子。分流 電阻330連接在晶體管320和電接地之間。電阻330高壓側(cè)通過放大器 332連接到微控制器310。電源334同樣設(shè)置在振動(dòng)反饋電路308中， 并且最大扭矩基準(zhǔn)信號從扭矩基準(zhǔn)源336提供，其可以是線性電位計(jì)， 例如線性電位計(jì)254。
電動(dòng)機(jī)316的半橋控制使得不需要續(xù)流二極管，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路312 產(chǎn)生了電動(dòng)機(jī)接口電路信號，用于選擇性地操作電動(dòng)機(jī)接口電路314， 從而控制電動(dòng)機(jī)316的轉(zhuǎn)速。更具體的，可變速度控制信號338，可以 來自觸發(fā)器電位計(jì)等，被提供給微控制器310，用于通過微控制器310 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)316的旋轉(zhuǎn)?；诳勺兯俣瓤刂菩盘?38，微控制器310產(chǎn) 生了P簡信號，該信號被提供給驅(qū)動(dòng)電路312。響應(yīng)于PWM信號，驅(qū)動(dòng) 電路312導(dǎo)通和截止晶體管318和320。
在通常工作過程中，晶體管318是晶體管320的補(bǔ)充，從而當(dāng)晶 體管320處于on時(shí)，晶體管318處于off。晶體管320導(dǎo)通和截止的 速率決定了電動(dòng)機(jī)316的速度。電動(dòng)機(jī)316的旋轉(zhuǎn)方向例如在反向開關(guān)的控制下由開關(guān)322、 324、 326和328的位置確定。
當(dāng)晶體管320處于on狀態(tài)時(shí)，穿過電動(dòng)機(jī)316的電流通過晶體管 320和電阻330被提供給電接地。這個(gè)電流與電動(dòng)機(jī)316工作的扭矩相 關(guān)。因此，電阻330的高壓側(cè)的電壓涉及電動(dòng)機(jī)316上的扭矩。這個(gè)電 動(dòng)機(jī)扭矩信號通過放大器332被放大，并且提供給微控制器310。微控 制器310將放大的電動(dòng)機(jī)扭矩信號與由扭矩基準(zhǔn)源336確定的扭矩極限 信號進(jìn)行比較?？商鎿Q地可以由不同類型的扭矩極限信號發(fā)生器提供的 扭矩極限信號為微控制器310提供了基準(zhǔn)信號，其對應(yīng)于通過電動(dòng)機(jī) 316的電流，其表示對于電動(dòng)機(jī)316的最大扭矩設(shè)置。
響應(yīng)于微控制器310接受了超過電動(dòng)機(jī)316最大扭矩設(shè)置的電動(dòng) 機(jī)扭矩信號，微控制器310產(chǎn)生了制動(dòng)信號，該信號被提供給驅(qū)動(dòng)電路 312。響應(yīng)于制動(dòng)信號，驅(qū)動(dòng)電路312將晶體管320轉(zhuǎn)換到off狀態(tài)， 并且將晶體管318保持在on狀態(tài)。這使得再生電流能夠動(dòng)態(tài)制動(dòng)電動(dòng) 機(jī)316的旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)動(dòng)態(tài)制動(dòng)發(fā)生時(shí)，電動(dòng)機(jī)316經(jīng)歷的扭矩減小，直到檢測的扭 矩小于電動(dòng)機(jī)316的最大扭矩設(shè)置。微控制器310然后將晶體管320恢 復(fù)到on狀態(tài)，從而使電動(dòng)機(jī)316旋轉(zhuǎn)，并且增大由電動(dòng)機(jī)316經(jīng)歷的 扭矩。這樣，電動(dòng)機(jī)316在旋轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)制動(dòng)之間交替，這使得工具振動(dòng) 并且警告操作者，已經(jīng)達(dá)到了扭矩極限。用于提供這種振動(dòng)反饋的有效 頻率是30Hz。只要觸發(fā)器保持被壓下，在這種操作中導(dǎo)致的扭矩極限 指示信號就繼續(xù)。可替換的，微控制器可以被程序控制以產(chǎn)生持續(xù)固定 時(shí)間的扭矩極限指示信號，并且然后停止以減小電動(dòng)機(jī)過度振動(dòng) (overpulse)的可能性。
在一個(gè)實(shí)施例中，振動(dòng)反饋利用圖31的電路被提供給鉆機(jī)100。 振動(dòng)反饋電路340包括微處理器342、 H橋驅(qū)動(dòng)電路344和電動(dòng)機(jī)接口 電路346。在H橋驅(qū)動(dòng)電路344的控制下，四個(gè)MOSFET 348、 350、 352 和354控制從可充電電池組106向電動(dòng)機(jī)232的供電。分流電阻356設(shè) 置在M0SFET 352和354與電接地之間。電阻356高壓側(cè)的信號對應(yīng)于 電動(dòng)機(jī)232產(chǎn)生的扭矩。這個(gè)電動(dòng)機(jī)扭矩信號由放大器電路358放大， 該電路可利用圖31所示的操作放大器實(shí)現(xiàn)，并且提供給微控制器342。微控制器342將電動(dòng)機(jī)扭矩信號與扭矩極限信號比較，并且響應(yīng)于電動(dòng) 機(jī)扭矩信號等于或者大于扭矩極限信號產(chǎn)生扭矩極限指示信號。扭矩極 限指示信號可具有矩形的波形。在一個(gè)實(shí)施例中，微控制器342提供扭矩極限指示信號，該信號 是矩形信號，以大約30Hz的頻率具有至少200微秒的off狀態(tài)。這個(gè) 扭矩極限指示信號使得驅(qū)動(dòng)電路344產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)接口控制信號，該信號 使得電能從電動(dòng)機(jī)232斷開，并且將MOSFET 348、 350、 352和354連 接在一起，從而電動(dòng)機(jī)232的繞組內(nèi)的電流通過電動(dòng)機(jī)232回流從而動(dòng) 態(tài)制動(dòng)電動(dòng)機(jī)232。動(dòng)態(tài)制動(dòng)使得電動(dòng)機(jī)232停止。在施加下一個(gè)on狀態(tài)脈沖之前， 微控制器使得信號翻轉(zhuǎn)到H橋驅(qū)動(dòng)器344的方向控制輸入。因此，矩形 脈沖的隨后的on狀態(tài)使得H橋驅(qū)動(dòng)電路344操作所述H橋從而以一定 極性將電動(dòng)機(jī)232連接到可充電電池組106，該極性與在制動(dòng)之前用于 將電動(dòng)機(jī)232和可充電電池組106連接在一起的相反。30Hz頻率的電 動(dòng)機(jī)的這個(gè)制動(dòng)/反向/開始操作使得工具以下面的方式振動(dòng)，即警告操 作者，已經(jīng)達(dá)到了扭矩極限，同時(shí)防止刀頭在離合器工作過程中繼續(xù)旋 轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)制動(dòng)也可以在沒有使信號翻轉(zhuǎn)的情況下使用。在另一個(gè)實(shí)施例中，矩形波形可以被產(chǎn)生持續(xù)固定持續(xù)時(shí)間，例 如10到20個(gè)脈沖，從而電動(dòng)機(jī)不會(huì)過度振動(dòng)。同樣，微控制器342在 矩形波形的off時(shí)間中可以將方向控制信號反向到H橋驅(qū)動(dòng)器344，從 而電動(dòng)機(jī)232每次沿著相反方向啟動(dòng)。這種作用導(dǎo)致在離合操作過程中 凈輸出旋轉(zhuǎn)等于零。另外，響應(yīng)于電動(dòng)機(jī)方向控制信號指示電動(dòng)機(jī)232 的向后而不是向前工作，微控制器342可以使得離合功能失效。圖32A和32B示出了工具中使用的電路的一個(gè)實(shí)施例，其消除了 對于機(jī)械接觸件的需要。電路360包括光學(xué)速度控制開關(guān)362、兩位置 向前/向后開關(guān)364、微控制器366、驅(qū)動(dòng)電路368、 H橋電路370、電 動(dòng)機(jī)372、分流電阻374、電動(dòng)機(jī)扭矩信號放大器376、和扭矩極限信 號發(fā)生器378。在這個(gè)實(shí)施例中，電能通過H橋電路370被連接到電動(dòng) 機(jī)372，但是主接觸件、制動(dòng)接觸件和旁路接觸件不再需要。因此，這 個(gè)實(shí)施例顯著減少了受到機(jī)械磨損和劣化的部件的數(shù)目。因?yàn)楣鈱W(xué)控制開關(guān)362、微控制器366、驅(qū)動(dòng)電路368、 H橋電路370和扭矩信號放大 器376都可以利用集成電路實(shí)現(xiàn)，那么IC可以安裝在共同的印刷電路 上，并且之前由機(jī)械接觸件和可變信號電位計(jì)占用的空間可以獲得。這 種結(jié)構(gòu)還使得工具部件能夠設(shè)置在更有效的幾何輪廓中。在電路360中，光學(xué)速度控制開關(guān)362如上所述工作，以根據(jù)光 學(xué)信號的反射產(chǎn)生可變控制信號，該光學(xué)信號在樞轉(zhuǎn)觸發(fā)器的反射表面 處被引導(dǎo)?？勺兯俣瓤刂菩盘柋惶峁┙o微控制器366用于處理。微控制 器366，可以從Texas Instruments購買、并由MSP430指示，可以利 用指令被程序控制，以產(chǎn)生P畫脈沖，該脈沖的on狀態(tài)對應(yīng)于可變速 度信號的水平。微控制器366將PWM信號提供給驅(qū)動(dòng)電路368，用于產(chǎn) 生四個(gè)電動(dòng)機(jī)接口控制信號，該信號用于將電池電能連接到電動(dòng)機(jī)372。 電動(dòng)機(jī)372被驅(qū)動(dòng)的方向由所述兩位置向前/向后開關(guān)364中的接觸件 確定，通過其，信號被提供給微控制器366。在電路360中，所述兩位 置向前/向后開關(guān)364的接觸件不需要承載被提供給電動(dòng)機(jī)372的電流， 因此所述兩位置向前/向后開關(guān)364的接觸件可以小于其它系統(tǒng)中的接 觸件。方向信號同樣由微控制器366提供給驅(qū)動(dòng)電路368，因此驅(qū)動(dòng)電 路368能夠?qū)煞较蚩刂频碾娏鬏斔偷紿橋電路370中。電動(dòng)機(jī)扭矩信號放大器376將扭矩信號從分流電阻374的高壓側(cè) 提供給微控制器366。扭矩極限信號發(fā)生器378可以利用上述電位計(jì)實(shí) 現(xiàn)，以提供用于微控制器366的基準(zhǔn)信號。當(dāng)微控制器366確定了電動(dòng) 機(jī)扭矩信號等于或超過電動(dòng)機(jī)扭矩極限時(shí)，微控制器366產(chǎn)生扭矩極限 指示信號，從而驅(qū)動(dòng)電路368產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)接口控制信號，該信號以產(chǎn)生 振動(dòng)的方式操作電動(dòng)機(jī)372。對于TD340驅(qū)動(dòng)電路，由微控制器366產(chǎn) 生的扭矩極限指示信號是矩形信號，具有大約30Hz頻率的至少大約200 微秒的off狀態(tài)。雖然已經(jīng)通過描述典型過程和系統(tǒng)部件描述了本發(fā)明，并且雖然 各種過程和部件已經(jīng)詳細(xì)描述，但申請人不是為了將權(quán)利要求的范圍限 制到這些細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解另外的優(yōu)點(diǎn)和變形。本發(fā)明廣義 上因此不限于所示和所述的具體細(xì)節(jié)、實(shí)施、或者說明性實(shí)例。因此， 可以脫離這些細(xì)節(jié)，同時(shí)不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)或者范圍。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)工具，具有光學(xué)速度控制開關(guān)，包括可活動(dòng)元件，具有反射表面，并且可活動(dòng)元件穿過停止位置和全速位置之間的距離，偏壓元件，可操作地連接到可活動(dòng)元件，以將可活動(dòng)元件偏壓到停止位置，光學(xué)信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生光學(xué)信號，光學(xué)信號發(fā)生器被定向成使得光學(xué)信號朝著可活動(dòng)元件的反射表面被引導(dǎo)，和速度控制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生速度控制信號，所述速度控制信號對應(yīng)于由可活動(dòng)元件的反射表面反射的所產(chǎn)生的光學(xué)信號的反射。
2. 如權(quán)利要求1所述的工具，樞轉(zhuǎn)觸發(fā)器。
3. 如權(quán)利要求l所述的工具， 防塵蓋。
4. 如權(quán)利要求2所述的工具，
5. 如權(quán)利要求l所述的工具， 是紅外(IR)信號發(fā)生器。
6. 如權(quán)利要求5所述的工具， 生器是光學(xué)晶體管。其特征在于，所述可活動(dòng)元件包括其特征在于，所述可活動(dòng)元件包括其特征在于，所述偏壓元件是彈簧。 其特征在于，所述光學(xué)信號發(fā)生器其特征在于，所述速度控制信號發(fā)
7. 如權(quán)利要求6所述的工具，其特征在于，所述IR信號發(fā)生器 和光學(xué)晶體管設(shè)置在單個(gè)殼體中，所述殼體具有觀察窗，用于發(fā)射IR 信號和接收所反射的IR信號。
8. 如權(quán)利要求6所述的工具，其特征在于，所述IR信號發(fā)生器 和光學(xué)晶體管設(shè)置在單個(gè)殼體中，所述殼體具有第一觀察窗，用于發(fā)射IR信號，并具有第二觀察窗，用于接收所反射的IR信號。
9. 如權(quán)利要求6所述的工具，其特征在于，所述殼體小于具有滑 動(dòng)片的電位計(jì)，所述滑動(dòng)片經(jīng)過的距離大致等于可活動(dòng)元件經(jīng)過的距 離。
10. 如權(quán)利要求1所述的工具，其特征在于，所述工具由電池供電。
11. 一種控制電動(dòng)工具中電動(dòng)機(jī)速度的方法，包括 利用具有反射表面的可活動(dòng)元件穿過停止位置和全速位置之間的距離，將可活動(dòng)元件朝著停止位置偏壓， 將光學(xué)信號朝著可活動(dòng)元件的反射表面引導(dǎo)，和產(chǎn)生速度控制信號，所述信號對應(yīng)于由可活動(dòng)元件的反射表面反 射的所產(chǎn)生的光學(xué)信號的反射。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，使所述可活動(dòng)元件 穿過所述距離還包括使觸發(fā)器樞轉(zhuǎn)過停止和全速位置之間的距離。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，使所述可活動(dòng)元件 穿過所述距離還包括使防塵蓋的一部分移動(dòng)經(jīng)過停止和全速位置之間的距離。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，可活動(dòng)元件的偏壓 還包括將彈簧連接到可活動(dòng)元件。
15. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，引導(dǎo)所述光學(xué)信號 包括在可活動(dòng)元件的反射表面處引導(dǎo)紅外(IR)信號。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述速度控制信號的產(chǎn)生還包括根據(jù)由可活動(dòng)元件的反射表面反射的光學(xué)信號的強(qiáng)度控制電流。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，控制電流還包括 利用光學(xué)晶體管接收反射的光學(xué)信號。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括 將IR信號發(fā)生器和光學(xué)晶體管設(shè)置在單個(gè)殼體中； 通過觀察窗發(fā)射IR信號；和 通過所述觀察窗接收反射的IR信號。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括-將IR信號發(fā)生器和光學(xué)晶體管設(shè)置在單個(gè)殼體中； 通過第一觀察窗發(fā)射IR信號；和 通過第二觀察窗接收反射的IR信號。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，還包括 將所述殼體的尺寸設(shè)計(jì)成小于具有滑動(dòng)片的電位計(jì)，所述滑動(dòng)片經(jīng)過的距離大約等于可活動(dòng)元件經(jīng)過的距離。
全文摘要
一種電動(dòng)工具，具有光學(xué)速度控制開關(guān)，用于控制工具中電動(dòng)機(jī)的可變速度。該工具包括可活動(dòng)元件，具有反射表面，并且可活動(dòng)元件穿過停止位置和全速位置之間的距離，偏壓元件，可操作地連接到可活動(dòng)元件，以將可活動(dòng)元件朝著停止位置偏壓，光學(xué)信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生光學(xué)信號，光學(xué)信號發(fā)生器被定向成使得光學(xué)信號指向可活動(dòng)元件的反射表面，和速度控制信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生速度控制信號，所述速度控制信號對應(yīng)于由可活動(dòng)元件的反射表面反射的產(chǎn)生的光學(xué)信號的反射。
文檔編號B25F5/00GK101300108SQ200680040702
公開日2008年11月5日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者D·波日蓋, I·科瓦里克, J·德西科 申請人:羅伯特·博世有限公司