專利名稱：電動工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動工具，尤其是一種由馬達(dá)驅(qū)動的帶變速傳動機(jī) 構(gòu)可輸出不同轉(zhuǎn)速的工具，如電鉆、螺絲批和錘鉆等。
背景技術(shù)：
一種電動工具，如電鉆、螺絲批和錘鉆等，帶有變速傳動機(jī)構(gòu)可輸出不 同的轉(zhuǎn)速以適應(yīng)不同的負(fù)載扭矩。電動工具的變速傳動機(jī)構(gòu)通常都包括連接 馬達(dá)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過改變與齒輪傳動 機(jī)構(gòu)的嚙合關(guān)系從而改變傳動比，使得輸出軸輸出不同的速度。在現(xiàn)有技術(shù) 中，美國專利6431289號中介紹到，將行星齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)的兩個內(nèi)齒圈分別沿 軸向可前后移動地設(shè)置，從殼體外部用操作部件切換各內(nèi)齒圏的位置，借此， 通過將行星齒輪與行星架一體旋轉(zhuǎn)及單獨(dú)旋轉(zhuǎn)組合在一起，可選擇三種輸出 軸的旋轉(zhuǎn)速度。但是這種人工操作方法使得操作者不得不時刻關(guān)注工具的工 作狀態(tài)、負(fù)載變化情況并判斷什么時刻應(yīng)該調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。這種人工操作對 操作者并不友善。并且當(dāng)操作者控制操作部件軸向移動內(nèi)齒圈進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)行
星架與外殼的止轉(zhuǎn)裝置卡接的時候，很容易造成內(nèi)齒圏與外殼止轉(zhuǎn)裝置之間 的打齒，這樣不僅容易造成換檔失效，而且會導(dǎo)致變速機(jī)構(gòu)的壽命縮短，影 響整個工具的^f吏用壽命。
又如美國專利公告第6824491號揭示的自動變速機(jī)構(gòu)，其控制系統(tǒng)可根 據(jù)負(fù)載扭矩變化自動調(diào)整與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的嚙合關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同速度的輸出， 該控制系統(tǒng)利用帶凸輪面的推環(huán)旋轉(zhuǎn)推動滑環(huán)軸向移動，進(jìn)而驅(qū)動齒輪傳動 機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圏軸向移動與設(shè)置在外殼上的止轉(zhuǎn)裝置卡接。歐洲專利申請公 開第EP0787931A1也公開了 一種自動變速機(jī)構(gòu)。上述這些自動變速機(jī)構(gòu)均以 機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系變化對應(yīng)輸出扭力的變化來實(shí)現(xiàn)自動換檔，這種機(jī) 械式變速機(jī)構(gòu)不僅使得齒輪傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部的機(jī)械構(gòu)造更為復(fù)雜，而且由于內(nèi) 齒圏在軸向移動的同時也在轉(zhuǎn)動，而外殼是相對固定的，所以當(dāng)該變速機(jī)構(gòu) 在變速的時候，轉(zhuǎn)動中的內(nèi)齒圈的齒與外殼上的止轉(zhuǎn)裝置的齒會相互碰撞而 很難嚙合，因此無法真正實(shí)現(xiàn)自動換檔及進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施的目的。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電動工具，該工具通過機(jī) 電結(jié)合的手段來簡化結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)在不同的輸出檔位之間作自動切換的目的。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種電動工具，其包括 機(jī)殼；
電機(jī)，設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，并輸出旋轉(zhuǎn)動力； 輸出軸；
齒輪傳動機(jī)構(gòu)，設(shè)置在電機(jī)和輸出軸之間，并以至少包括第一齒輪減速 比和第二齒輪減速比的若干齒輪減速比中的一個來將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出
傳遞到輸出軸上；
控制系統(tǒng)，與所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)配合來用于控制所述齒輪傳動機(jī)構(gòu)減速 比的切換；
電池包，與所述電機(jī)電性連接以提供電機(jī)運(yùn)行所需的電力，且所述電池 包包括鋰離子電池。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型通過電子控制 單元通過對驅(qū)動裝置施加電流，來驅(qū)動內(nèi)齒圏線性運(yùn)動，從而改變齒輪傳動 機(jī)構(gòu)的減速比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動換檔的目的。


下面以電鉆中的變速機(jī)構(gòu)為例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一 步說明。 圖1是本實(shí)用新型電動工具的局部剖視圖。 圖2是圖1中的驅(qū)動裝置的局部放大示意圖。
圖3a是本實(shí)用新型電動工具處于高速檔位時的齒輪傳動機(jī)構(gòu)剖視圖。 圖3b是本實(shí)用新型電動工具處于低速檔位時的齒輪傳動機(jī)構(gòu)剖視圖。 圖4a是本實(shí)用新型電動工具的驅(qū)動裝置另 一實(shí)施例的局部剖視圖。 圖4b是圖4中的驅(qū)動裝置的局部放大示意圖。 圖5是本實(shí)用新型電動工具的控制系統(tǒng)原理方框圖。
圖6是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)中控制單元第 一 實(shí)施例的原理方框圖。
圖7是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)中控制單元第二實(shí)施例的原理方框圖。
圖8是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)中控制單元第三實(shí)施例的原理方框閨。
圖9是本實(shí)用新型電動工具在高速運(yùn)行和低速運(yùn)行是的效率曲線圖，以 說明電動工具的速度切換時機(jī)。
圖IO是本實(shí)用新型電動工具另 一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中部分機(jī)殼被移除 以揭示驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)，此時，驅(qū)動裝置處于高速位置。
圖11與圖10相似，此時，驅(qū)動裝置處于高速位置。
圖12是沿圖11中A-A線方向的剖視示意圖。
圖13是沿圖11中B-B線方向的剖視示意圖。
圖14是圖9和圖10中所示電動工具的電磁鐵裝置的剖視示意圖。
圖15是本實(shí)用新型電動工具另 一 實(shí)施例的側(cè)視圖，其中顯示了信號發(fā)生裝置。
圖16是圖15電動工具的俯視圖，其中還進(jìn)一步顯示出側(cè)手柄以及可選 擇高速、低速、和自動三種模式的速度模式開關(guān)。
圖17a是沿圖15中C-C線方向的剖視示意圖，其中揭示了 一種觸發(fā)開 關(guān)的形式。
圖17b與圖17a類似，其中揭示了另 一種觸發(fā)開關(guān)的形式。
圖18與圖16類似，但其中速度模式開關(guān)僅具有高速和低速兩種檔位。
圖19與圖18類似，但其不具有速度模式開關(guān)，僅具有用于顯示高速和
低速狀態(tài)的LED燈。
圖20是圖16所示電動工具的內(nèi)部電路的簡化圖。
圖21是圖20中處理器執(zhí)行自動速度切換的工作流程圖。
圖22是圖20中處理器執(zhí)行手動即時速度切換的工作流程圖。
圖23a和圖23b是本實(shí)用新型電動工具另 一實(shí)施方式中的平面示意圖，
其中電動工具分別處于高速狀態(tài)和低速狀態(tài)。
圖24是沿圖23a中D-D線方向的剖視示意圖。
圖25是本實(shí)用新型另 一實(shí)施方式中電動工具和電池包插接前的立體視 圖，其中電動工具的半邊機(jī)殼和電池包的上殼體被移除以顯示其內(nèi)部構(gòu)造。
具體實(shí)施方式
參照圖1至圖3b所示，是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置第一 實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 一種電動工具9，包括馬達(dá)2、馬達(dá)供電電源l,啟動 /停止馬達(dá)的主開關(guān)13 、輸出軸6以及齒耗、傳動^凡構(gòu)4。齒耗、傳動才兒構(gòu)4包括「 由第一行星輪40與第一行星架組成的第一行星齒輪組、由第二行星輪42及 第二行星架43組成的第二行星齒輪組，固定設(shè)置于工具殼體上的止轉(zhuǎn)裝置 44以及可軸向移動的移動件45。驅(qū)動裝置5設(shè)置于齒輪傳動機(jī)構(gòu)4上，包括 驅(qū)動件52及傳動件51，本實(shí)施例的驅(qū)動件是采用 一電磁鐵裝置，包括兩個 間隔一定距離的永磁鐵521 、設(shè)置于永磁鐵中間的鐵芯523及線圈522,其中 鐵芯523上設(shè)有一凹槽524。傳動件為一弧形推桿512及與該弧形推桿512 配接的鋼絲套513。所述推桿512具有設(shè)置于凹槽524內(nèi)的配接部。所述移 動件45是一具有內(nèi)齒451及端齒452的調(diào)速環(huán)45,其上設(shè)置容納鋼絲套513 的環(huán)形槽453。
當(dāng)電磁鐵通電時，線圈鐵芯523將產(chǎn)生磁性而與兩個永磁鐵521的其中 一個發(fā)生吸引。如果電磁鐵的電流反向接通時，鐵芯523則會與另 一個永磁 鐵521產(chǎn)生吸引，從而帶動推桿512、鋼絲套513及調(diào)速環(huán)45 —起移動。如 圖3a所示的高速檔狀態(tài)，此時鐵芯523被其中 一 個永磁鐵521吸引，相應(yīng)的， 調(diào)速環(huán)45的內(nèi)齒451同時與第一行星架41及第二行星輪42嚙合，此時齒輪 傳動機(jī)構(gòu)4的輸出轉(zhuǎn)速較高；如圖3b所示的低速檔狀態(tài)，此時鐵芯523被另 一個永磁鐵521吸引，相應(yīng)的，調(diào)速環(huán)45的內(nèi)齒451與第二輪42嚙合，同 時其端齒452與工具殼體上的止轉(zhuǎn)裝置44嚙合，此時齒輪傳動機(jī)構(gòu)4的輸出 轉(zhuǎn)速較低。
參照圖4a及圖4b所示，是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置第 二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在前面所述的驅(qū)動裝置第一實(shí)施例中采用的電磁鐵 裝置，其目的是通過控制電磁鐵的電流方向來改變極性，來驅(qū)動調(diào)速環(huán)45 在高低速檔位間移動。而本實(shí)施例中，改用 一伺服馬達(dá)525來作為驅(qū)動件， 用一個螺桿515、帶內(nèi)螺紋的推桿512及鋼絲套513來作為傳動件51,通過 伺服馬達(dá)525的正反轉(zhuǎn)來驅(qū)動推桿512在螺桿515上的移動，從而帶動調(diào)速 環(huán)45—起移動，實(shí)現(xiàn)高低速檔位的嚙合。
請進(jìn)一步參照圖5,是本實(shí)用新型電動工具的控制系統(tǒng)原理方框圖。所 述控制系統(tǒng)8包括一處理單元3及驅(qū)動裝置5。其中處理單元3包括處理器 30及相關(guān)輸入/輸出電路。 一信號發(fā)生器35與處理器相連接，而于電動工具主電路電源1與處理器30之間設(shè)置有功能開關(guān)36。驅(qū)動裝置5由處理器30
輸出的控制信號所控制，以便執(zhí)行自動換檔動作，同時，驅(qū)動裝置會將檔位
信號反饋給處理器30。在電動工具操作過程中，根據(jù)操作者的習(xí)慣或者應(yīng)用 場合的實(shí)際需要，操作者可以選擇將功能開關(guān)36閉合，從而啟動控制系統(tǒng)8 的自動換檔控制功能，換言之，該功能開關(guān)36提供了電動工具9手動模式與 自動模式之間的切換功能。如果操作僅需要其中某一個檔位功能時，則可斷 開功能開關(guān)36,用手動模式對電動工具進(jìn)行換檔操作。
當(dāng)電動工具9處于自動模式時，控制系統(tǒng)8的處理器30檢測電動工具的 物理參數(shù)的變化，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷是否需要開始執(zhí)行自動換檔。本 領(lǐng)域技術(shù)人員也可用處理器外接運(yùn)放電路來代替處理器30進(jìn)行比較運(yùn)算。這 里所述的物理參數(shù)，可以是電氣參數(shù)，比如馬達(dá)電流、電壓，也可以是其他 參數(shù)，比如馬達(dá)或輸出軸轉(zhuǎn)速、機(jī)械零件的應(yīng)力、扭矩等。在某些使用場合， 操作者或許希望能夠在自動模式下仍然可以自行決定換檔的時間點(diǎn)，也可通 過信號發(fā)生器35手動輸入一個控制信號，使控制系統(tǒng)即時實(shí)現(xiàn)自動換檔。
在自動換檔過程中，控制單元3發(fā)出控制信號給驅(qū)動裝置5，驅(qū)動裝置5 中的驅(qū)動件52帶動傳動件51移動，進(jìn)而將齒輪傳動機(jī)構(gòu)4中的移動件45 從高速檔位移動至低速檔位。此過程中，如果馬達(dá)2仍在給齒輪傳動機(jī)構(gòu)4 傳遞扭矩，即移動件45仍具有一定的轉(zhuǎn)速，而移動之后需要與靜止的止轉(zhuǎn)裝 置44嚙合(參圖3b)，就會造成移動件45與止轉(zhuǎn)裝置44之間發(fā)生打齒而無 法順利嚙合的問題。本實(shí)用新型為解決這個問題提出了三種解決方案，以下 分別進(jìn)行說明。
參照圖6,是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)的控制單元第 一實(shí)施例原理 方框圖。其中處理單元3包括處理器30、速度調(diào)制電路31、負(fù)載檢測電路 32、驅(qū)動裝置控制電路33及檔位信號反饋電路34。在電動工具9的主電路 中，電源與馬達(dá)之間進(jìn)一步設(shè)置一電器開關(guān)10 (比如場效應(yīng)管、可控硅或繼 電器等)，該電器開關(guān)10由速度調(diào)制電路31控制通斷狀態(tài)。
當(dāng)電動工具開機(jī)時，處理器30控制電器開關(guān)10滯后一段時間(如O.ls) 再導(dǎo)通，在此段時間內(nèi)，首先發(fā)出指令給驅(qū)動裝置控制電路33,給電磁鐵反 向通電，將驅(qū)動裝置5復(fù)位至高速檔位狀態(tài)。然后電源1供電讓馬達(dá)2啟動 并處于高速檔正常運(yùn)行。此時輸出軸6帶動工作頭(未圖示)開始進(jìn)行鉆孔 加工。負(fù)載檢測電路32以特定頻率釆集馬達(dá)的負(fù)載電流，處理器30則將負(fù)載檢測電路32所釆集到的馬達(dá)負(fù)載值與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較。如果馬達(dá)負(fù)載 電流出現(xiàn)長時間超出預(yù)設(shè)電流值的情況，則說明工作頭負(fù)載大，工具需要換 至低速檔大扭矩輸出狀態(tài)。此時處理器30先發(fā)送指令給速度調(diào)制電路31, 控制電器開關(guān)IO切斷電源令馬達(dá)停轉(zhuǎn)，馬達(dá)電流變?yōu)榱?。此時調(diào)速環(huán)的速度 也會降低至零轉(zhuǎn)速。
之后，處理器發(fā)出指令給驅(qū)動裝置控制電路33,使驅(qū)動裝置5的電磁鐵 反向通電，鐵芯523帶動調(diào)速環(huán)45發(fā)生移動，從而實(shí)現(xiàn)高速檔位向低速檔位 的轉(zhuǎn)換。因?yàn)樵趽Q檔之前，調(diào)速環(huán)45的轉(zhuǎn)速已經(jīng)為零，在其檔位轉(zhuǎn)換至低速 檔過程中，其端齒452與止轉(zhuǎn)裝置44的內(nèi)齒441均為靜止?fàn)顟B(tài)，因此可以很 順利的進(jìn)入嚙合位置，而避免打齒問題的發(fā)生。
控制單元3中的檔位信號反饋電路34在檢測到電磁鐵的鐵芯523與另一 個永磁鐵521接觸時(本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以設(shè)計成檢測調(diào)速環(huán)與齒輪組件 之間的嚙合位置關(guān)系)，則代表調(diào)速環(huán)45已經(jīng)成功移動至低速檔位，處理器 則發(fā)出指令給速度調(diào)制電路31,使電器開關(guān)10導(dǎo)通，電源1恢復(fù)給馬達(dá)2 供電，馬達(dá)進(jìn)入低速大扭矩輸出工作狀態(tài)。
需要說明的是，電動工具在高速正常運(yùn)行過程中，往往因某些特殊情況 出現(xiàn)馬達(dá)負(fù)載電流短時大負(fù)載值出現(xiàn)，為了防止換檔動作誤啟動的情況，可 以通過設(shè)定處理器的程序來解決，只有當(dāng)負(fù)載檢測電路所釆集到的馬達(dá)電流 超出預(yù)設(shè)值一定的時間(比如設(shè)計時間為0.5s)時，才開始執(zhí)行換檔控制。 當(dāng)然，也可直接將功能開關(guān)36切斷來直接選擇手動模式，避免不希望自動換 檔時誤啟動換檔動作。而預(yù)設(shè)的電流值則根據(jù)工具的高速檔極限工作電流值 來決定，在本實(shí)施例中以30安培為預(yù)設(shè)值。另外，如果操作者希望在某個時 刻啟動自動換檔，即便是馬達(dá)負(fù)載電流還沒有超出預(yù)設(shè)值，也可通過處理器 30上的信號發(fā)生器35來輸入一 個控制信號，從而即時開始執(zhí)行自動換檔動 作。進(jìn)一步的，處理器也可以設(shè)計成具有學(xué)習(xí)功能，即，記錄操作者每次通 過信號發(fā)生器輸入控制信號時的馬達(dá)負(fù)載電流，作為設(shè)定系統(tǒng)預(yù)設(shè)值的參考。
上述在自動換檔之前控制單元3控制電器開關(guān)10讓馬達(dá)2短時停機(jī)只是 其中一種實(shí)施方式。在通常情況下，馬達(dá)2的轉(zhuǎn)速如果降低至很小的程度時， 換檔過程中調(diào)速環(huán)45與止轉(zhuǎn)裝置44的嚙合同樣不會出現(xiàn)打齒的問題。參照 圖7所示，是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)的控制單元第二實(shí)施例。在電動 工具9的主電路中，電源與馬達(dá)之間的電器開關(guān)10用場效應(yīng)管11來代替，在需要進(jìn)行自動換檔時，速度調(diào)制電路31通過控制場效應(yīng)管11來提供馬達(dá) 相應(yīng)的工作電壓，以達(dá)到降低馬達(dá)轉(zhuǎn)速的目的，從而使調(diào)速環(huán)45與止轉(zhuǎn)裝置 44的速度相互匹配，防止打齒現(xiàn)象的發(fā)生。這里所指的速度相互匹配是指調(diào) 速環(huán)45與止轉(zhuǎn)裝置44的相對速度達(dá)到 一個可以使二者順利進(jìn)入嚙合位置的 范圍。
同樣，如圖8所示，是本實(shí)用新型電動工具控制系統(tǒng)的控制單元第三實(shí) 施例。在馬達(dá)2與齒輪傳動機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置一離合器12,速度調(diào)制電路31 控制該離合器12降低馬達(dá)2傳遞至齒輪傳動機(jī)構(gòu)4的扭矩，也可以實(shí)現(xiàn)速度 調(diào)制的目的，即在調(diào)速環(huán)45移動至與止轉(zhuǎn)裝置44嚙合的位置之前，降低調(diào) 速環(huán)45的轉(zhuǎn)速，以防止嚙合過程中出現(xiàn)打齒的問題。
綜合上述幾種速度調(diào)制的實(shí)施例，可以看出本實(shí)用新型精神主要在于 控制單元3在檢測到馬達(dá)2負(fù)載長時間超出預(yù)設(shè)值時，通過速度調(diào)制電路31 對移動件45與齒輪組件進(jìn)行速度調(diào)制，在二者的相對速度相互匹配時，再進(jìn) 入下一檔位嚙合狀態(tài)，或者說，控制單元先調(diào)整馬達(dá)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的 扭矩，再控制驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔，從而有效避免自動換檔過程中的打齒 問題。
另外值得 一提的是，在自動換檔動作結(jié)束后，電源1恢復(fù)給馬達(dá)2供電， 馬達(dá)2從極低轉(zhuǎn)速甚至是零轉(zhuǎn)速狀態(tài)瞬時進(jìn)入低轉(zhuǎn)速大扭矩輸出狀態(tài)，會給 操作者造成一個很大的啟動扭矩，如果操作者握持不緊，甚至?xí)?dǎo)致工具從 操作者手中松脫而造成危險。為解決此問題，可以通過控制場效應(yīng)管11 (參 圖7)來實(shí)現(xiàn)馬達(dá)2的軟啟動。具體而言，在自動換檔結(jié)束后，恢復(fù)馬達(dá)2 供電時，控制單元3在一個設(shè)定的時間段內(nèi)(比如0.6s),通過定頻調(diào)寬或定 寬調(diào)頻等方式來控制場效應(yīng)管，來逐漸增加馬達(dá)2的負(fù)載電壓，緩慢恢復(fù)馬 達(dá)2至工作電壓，從而避免換檔后瞬間啟動馬達(dá)給操作者帶來的沖擊感覺。
應(yīng)用以上所揭示的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的電動工具的變速控制方法是，提 供一種電動工具包括電源1、馬達(dá)2、輸出軸6、連接馬達(dá)和輸出軸的齒輪傳 動機(jī)構(gòu)4,以及控制系統(tǒng)8,其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)4包括至少一齒輪組件及一移 動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸出檔位； 控制系統(tǒng)8由控制單元3及驅(qū)動裝置5組成，這種變速控制方法包括
1)負(fù)載扭矩檢測步驟所述控制系統(tǒng)檢測電動工具物理參數(shù)，比如檢測 馬達(dá)2負(fù)載電流、電壓或輸出軸轉(zhuǎn)速，判斷電動工具的工作狀態(tài)；2)自動換檔步驟控制齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件移動至另 一檔位。 所述負(fù)載扭矩檢測與自動換檔步驟之間進(jìn)一步包括一速度調(diào)制步驟，當(dāng) 所述輸出軸的負(fù)載扭矩變化到預(yù)定值時，所述控制單元調(diào)整馬達(dá)傳遞給齒輪 傳動機(jī)構(gòu)的扭矩，使移動件與齒輪組件的轉(zhuǎn)速相互匹配，即調(diào)速環(huán)45與止轉(zhuǎn) 裝置44的相對速度達(dá)到一個可以使二者順利進(jìn)入嚙合位置的范圍。
所述速度調(diào)制步驟中，通過降低馬達(dá)的輸入電壓來降低馬達(dá)傳遞給齒輪 傳動機(jī)構(gòu)的扭矩。
在自動換檔步驟之后，進(jìn)一步包括移動件檔位^r測步驟，以確認(rèn)移動件 已經(jīng)移動至另 一擋位。
在速度調(diào)制步驟之后，還包括一馬達(dá)軟啟動步驟，控制系統(tǒng)在預(yù)設(shè)的時 間范圍內(nèi)逐步加大馬達(dá)的輸入電壓，使馬達(dá)恢復(fù)扭矩輸出。
以下結(jié)合圖9對本實(shí)用新型電動工具的自動速度切換的時機(jī)進(jìn)行說明。 圖9所示的是電動工具的整機(jī)輸出效率n隨輸出軸負(fù)載扭矩T的變化曲線
圖。其中整機(jī)的輸出效率ri為輸出軸的輸出功率與馬達(dá)的輸出功率的比值， rjH曲線為整機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出效率曲線，r|L曲線為整機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時 的輸出效率曲線。由圖中可以看出，當(dāng)整機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，隨著負(fù)載的增加， 輸出效率開始迅速增大，當(dāng)達(dá)到最高的輸出效率點(diǎn)后隨即迅速降低；當(dāng)整機(jī) 在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，隨著負(fù)載的增加，輸出效率開始緩慢增大，而當(dāng)達(dá)到最高的 輸出效率點(diǎn)后即緩慢降低。在負(fù)載扭矩值等于Tc時，高速效率曲線rjH和低 速效率曲線til在此交會，其交點(diǎn)為r|c。而在此之前，整機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的 輸出效率要高于在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出效率；在此之后，則隨著負(fù)載的繼續(xù)增
加，整機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出效率要低于在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的輸出效率，所以，
當(dāng)負(fù)載扭矩值達(dá)到Tc時，將整機(jī)的運(yùn)行速度從高速切換到低速，可以確保變 速能夠一直保持較高的輸出效率。本實(shí)用新型電動工具希望通過確定負(fù)載扭 矩值達(dá)到Tc的時間點(diǎn)，然后執(zhí)行高速到低速的切換。
如圖9所示，在本實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)會檢測通過馬達(dá)的電流的變化， 用來表征輸出軸的負(fù)載鈕矩。其中IH為輸出軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時的電流曲線。起 初，輸出軸工作在高轉(zhuǎn)速，當(dāng)負(fù)載扭矩值達(dá)到Tc時，此時，檢測到馬達(dá)的電 流值為Ic，在本實(shí)施方式中，Ic二30A(安培)，然后，控制系統(tǒng)控制驅(qū)動裝 置執(zhí)行從高速到低速的切換。需要說明的是，由于不同類型的馬達(dá)的特性各 不相同，如采用不同的馬達(dá)，則輸出效率的曲線也會有不同，如此對應(yīng)的Ic值也有可能不同。此外，本實(shí)施方式中采用監(jiān)測馬達(dá)的電流值來反映輸出軸 的負(fù)栽，在其他實(shí)施方式中，可以通過檢測其他物理參數(shù)來反映輸出軸的負(fù) 載。如輸出軸的扭矩、輸出軸的轉(zhuǎn)速、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速、齒輪傳動系統(tǒng)中齒輪的 轉(zhuǎn)速或扭矩等，或者在采用直流電源供電時，也可以;險測電池端子的電壓變 化等方式來表征輸出軸的負(fù)載。
圖10-圖14所示的是本實(shí)用新型電動工具的另 一種實(shí)施方式，在本實(shí)施 方式中，電磁鐵裝置采用雙向保持式電磁鐵。所謂雙向保持式電磁鐵即在不 通電的情況下也可以將鐵芯保持在行程的始端和終端兩個位置。如圖14所 示，電磁鐵裝置53包括縱長設(shè)置的金屬殼體531、設(shè)置在金屬殼體內(nèi)沿縱長 方向分布的兩個線圈532、設(shè)置在兩個線圈之間的永磁體533、設(shè)置在被線圈 圍繞的區(qū)域內(nèi)并可沿縱長方向線性移動的鐵芯534,以及相對于鐵芯固定設(shè) 置并縱長延伸出金屬殼體531外的推桿535。其中，推桿535凸伸出金屬殼 體531的前端部分設(shè)有凹槽536。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是， 推桿531和鐵芯534也可一體設(shè)置。圖14中所示的是推桿535處于后退位置， 并由于永磁體533的吸引而可以在不通電的情況下保持在該位置。配合參照 圖10和圖12所示， 一傳動架54設(shè)置在鋼絲套513和推桿535之間，其包括 環(huán)繞齒輪箱47延伸的半圓形托架541、以及自托架底部向下延伸出并間隔設(shè) 置的一對側(cè)壁542。其中托架541的兩端與鋼絲套513的徑向凸伸出減速箱 47殼體的兩端分別相固定連接，側(cè)壁542的間隔區(qū)域內(nèi)收容有電磁鐵裝置53 ， 側(cè)壁軸向向后延伸并嵌合在推桿535的凹槽536中而與推桿保持相對固定。 如圖12所示，傳動架54和機(jī)殼21之間設(shè)有導(dǎo)引機(jī)構(gòu)。其中傳動架54的一 對側(cè)壁542各側(cè)向延伸出 一導(dǎo)引柱543,機(jī)殼21的每側(cè)內(nèi)壁上凸設(shè)有一對肋 板544，其間形成有導(dǎo)引槽545以相應(yīng)收容并導(dǎo)引每一導(dǎo)引柱543。
圖10中所示的電磁鐵裝置53中的推桿535處于前進(jìn)位置，即推桿延伸 出金屬殼體外較長距離，并由于永磁體的吸引而保持在該位置。此時，齒輪 傳動機(jī)構(gòu)的減速比較低，馬達(dá)通過齒輪箱后傳遞給輸出軸轉(zhuǎn)速較高，也就是 說，內(nèi)齒圏45(或稱調(diào)速環(huán)，即本實(shí)施方式中的移動件)的內(nèi)齒與行星輪42 的外齒以及鄰近的行星架41的外齒同時嚙合而確保相對固定(配合參照圖 3a所示)，從而可隨行星架和行星輪一起旋轉(zhuǎn)。配合參照圖14，當(dāng)電磁鐵裝 置53的線圈532內(nèi)通正向電流后，線圈532產(chǎn)生的磁場在金屬殼體531的縱 長兩端產(chǎn)生不同的磁極，從而驅(qū)動鐵芯534和推桿535移動到后退位置。如圖10所示，推桿535帶動傳動架54、鋼絲套513和內(nèi)齒圈45 —起移動距離 d，到達(dá)了如圖11所示的位置。配合參照圖3b所示，在此過程中，內(nèi)齒圈 45沿軸向移動而與行星架4i脫離嚙合，但與行星輪42仍保持嚙合。當(dāng)推桿 53移動到后退位置時，內(nèi)齒圈45與止轉(zhuǎn)裝置44嚙合而與機(jī)殼保持相對固定。 此時，齒輪傳動機(jī)構(gòu)4的減速比增加了一級，從而馬達(dá)通過齒輪箱后傳遞給 輸出軸的轉(zhuǎn)速較低。當(dāng)線圈532內(nèi)通反向電流后，線圈形成反向的磁場，如 此，推桿535回到如圖10所示的后退位置，從而齒輪傳動機(jī)構(gòu)4回復(fù)到高減 速比的輸出狀態(tài)。
圖13所示的是功能開關(guān)36的一種實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，該功能 開關(guān)可稱之為速度模式開關(guān)。配合參照圖16中的速度模式開關(guān)36,該開關(guān) 包括凸露在機(jī)殼21外的撥鈕361,以及設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)與其他電子組件連接的 導(dǎo)電端子。撥鈕361可在機(jī)殼21上沿圓周方向在三個位置滑移，分別對應(yīng)自 動模式(A)、高速模式(H)、低速模式(L)。導(dǎo)電端子包括與該三種模式分 別對應(yīng)的第一、第二、第三信號端子362,以及接地端子363。關(guān)于速度模式 開關(guān)與控制系統(tǒng)中其他電子組件的電路連接以及工作流程將會在后續(xù)詳細(xì)描 述到。
圖15所示的是信號發(fā)生裝置35的一種實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，該 裝置包括設(shè)置在機(jī)殼21內(nèi)的速度切換開關(guān)，當(dāng)該開關(guān)被按下觸發(fā)后，控制系 統(tǒng)即改變供給電磁鐵裝置的電流的流向而實(shí)現(xiàn)自動換檔，即通過電磁鐵的驅(qū) 動實(shí)現(xiàn)齒輪傳動機(jī)構(gòu)在高減速比和低減速比之間的切換。如圖16所示，作為 優(yōu)選的實(shí)施方式，該裝置35包括兩個該速度切換開關(guān)，對稱設(shè)置于機(jī)殼21 的兩側(cè)，按下任何一個開關(guān)都可以觸發(fā)速度的切換，這樣，對于左、右手使 用者都可以方便地進(jìn)行操作。圖17a和圖17b所示的是開關(guān)的具體形式。圖 17a中的開關(guān)為按鈕開關(guān)351，其通過導(dǎo)線3512與控制系統(tǒng)中的電子元件電 性連接(后續(xù)將作進(jìn)一步描述)。機(jī)殼上設(shè)置有彈性的按壓片353,按下按壓 片，按鈕3511也被按下，開關(guān)內(nèi)的觸點(diǎn)(未圖示)接通，從而速度切換功能 被觸發(fā)。圖17b中釆用彈片式開關(guān)352，同樣，按下按壓片353,彈片3521 與觸點(diǎn)3523接通，此時， 一電信號將被生成并傳遞給控制系統(tǒng)，從而控制系 統(tǒng)執(zhí)行速度切換程序(后續(xù)將作具體描述)。返回圖16,本實(shí)施方式中，速 度模式開關(guān)36和信號發(fā)生裝置35可結(jié)合使用。速度模式開關(guān)36的撥鈕位于 檔位A時，即處于自動模式時，速度切換功能被屏蔽，也就是說，按下速度切換開關(guān)并不會觸發(fā)速度切換功能；而當(dāng)速度模式開關(guān)的撥鈕位于檔位H或 L時，即處于高速或低速模式時，自動速度切換的功能被屏蔽，這時，按下 速度切換開關(guān)就可以觸發(fā)速度切換功能，從而高速4莫式會相應(yīng)切換到低速模 式，而低速模式則會相應(yīng)切換到高速模式。
在本實(shí)施方式中，機(jī)殼21上還設(shè)置有一側(cè)手柄22，在軸向上該側(cè)手柄 22距離信號發(fā)生裝置35的開關(guān)按鈕的位置具有一特定距離h,該距離可容許 使用者的握持惻手柄的手可同時操作開關(guān)按鈕。例如，當(dāng)使用者在進(jìn)行操作 時想要切換速度，其可以用握持惻手柄的手的大拇指按壓開關(guān)按鈕，從而獲 得其想要的速度。當(dāng)然，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是，上述開 關(guān)按鈕也可以靠近主手柄23 (圖10所示)設(shè)置而與主手柄間形成特定距離， 從而使用者也可以用握持主手柄的手來同時執(zhí)行速度切換的操作。
圖18和圖19揭示的是信號發(fā)生裝置35應(yīng)用的其他兩種實(shí)現(xiàn)方式。圖 18所示的速度模式開關(guān)36不包括自動模式擋位，這樣，只要按下速度切換 開關(guān)，速度切換功能就會被瞬時啟動，即從目前高速或低速檔位相應(yīng)切換到 低速或高速檔位。圖19所揭示的實(shí)施方式不包括速度模式開關(guān)，該實(shí)施方式 中，電動工具運(yùn)行在自動模式下，并且機(jī)殼21上設(shè)有表示工具目前運(yùn)行速度 狀態(tài)的LED燈，如目前工具處于高速運(yùn)行，則"H"LED燈371常亮，反之， 則，，L"LED燈372常亮。本實(shí)施方式中，工具開機(jī)運(yùn)行后默認(rèn)在自動模式下 運(yùn)行， 一旦信號發(fā)生裝置35被觸發(fā)，則控制系統(tǒng)8中斷自動運(yùn)行模式，同時， 控制系統(tǒng)8控制電磁鐵裝置53切換齒輪傳動機(jī)構(gòu)4的減速比，即切換目前的 速度運(yùn)行狀態(tài)，如由高速切換到低速。如信號發(fā)生裝置35再被觸發(fā)，則目前 的速度運(yùn)行狀態(tài)再次被切換，如又從低速切換到高速。所以，在本實(shí)施方式 中， 一旦速度切換的自動模式被中斷，則進(jìn)入了由信號發(fā)生裝置控制的手動 速度切換模式。當(dāng)然對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是，上述信號發(fā)
高、中、低三速的齒輪傳動系統(tǒng)。
圖20所示的是本實(shí)用新型電動工具一具體實(shí)施方式
中的簡化的電路圖。 該實(shí)施方式中，電動工具由外部直流電源1提供電力，該外部直流電源為由 若干電池組成的電池包。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，該電池包可以是鋰離子電池 包。需要說明的是，這兒所說的鋰離子電池是負(fù)極材料為鋰元素的可充電電 池的總稱，依據(jù)正極材料的不同，其可構(gòu)成許多體系，如"鋰錳"電池，"鋰鐵"電池等。在本實(shí)施方式中，鋰離子電池包包括由由五節(jié)3.6V(伏)的鋰 離子電池串聯(lián)成額定電壓為18V的電池組。當(dāng)然，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 可輕易想到的是，可以視需要而串聯(lián)更多或更少的電池來組成電池組，如串 聯(lián)四節(jié)3.6V (伏)的鋰離子電池成額定電壓為14.4V的電池組，或串聯(lián)六節(jié) 3.6V (伏)的鋰離子電池成額定電壓為21.6V的電池組。本實(shí)施方式中，電 池包1內(nèi)還設(shè)有代表該電池包電壓的識別電阻386，用來被電動工具識別， 從而確定相應(yīng)的電池包過》K呆護(hù)方式。
如圖20所示，同時可配合參照圖6所示，本實(shí)施方式中，電動工具的變 速系統(tǒng)包括處理器30、速度調(diào)制電路31、馬達(dá)負(fù)載4企測電路32、驅(qū)動裝置 控制電路33、檔位信號反饋電路34、信號發(fā)生裝置35、以及功能開關(guān)36。
處理器30可以采用MCU、 PLC或者CPU等。在本實(shí)施方式中，處理器 30為一微電腦控制系統(tǒng)(MCU),本領(lǐng)域技術(shù)人員可易于想到的是，MCU通 常包括有中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存儲器(RAM)、數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換單元(A/D converter)、 計時器(timer)、 輸入/輸出端口 (I/O port)Pl-P28等，由于這些單元或功能模塊的工作原理都為本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員所熟識，所以申請人在此不再予以贅述。
如圖20所示，主開關(guān)13串聯(lián)在電池包1和主電路之間，可用于控制主 電路的通斷。當(dāng)主手柄23上的按鈕131 (如圖10示)被操作者壓下時，主 電路被接通，通過直流電源轉(zhuǎn)換模塊(DC/DC) 381，電池包l的電壓被轉(zhuǎn)換 成一個較低的恒定電壓，在本實(shí)施方式中為5V，用來為處理器30、及電子 電路提供電力。在本實(shí)施方式中，處理器的端口 P20與直流電源轉(zhuǎn)換模塊381 連接，端口P19接地，端口 Pl與直流電源轉(zhuǎn)換模塊381通過電阻R5連接， 從而在主開關(guān)13閉合后，經(jīng)直流電源轉(zhuǎn)換模塊381轉(zhuǎn)換后的電流通過端口 P 2 0輸入處理器，且處理器從端口 P1接收到 一 個復(fù)位信號而執(zhí)行初始化動作。 主開關(guān)13不僅可用于控制電路的通斷，還進(jìn)一步可以用于控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。 本實(shí)施方式中，主開關(guān)13包括一電位器(potentiometer),其用來測量按鈕 在操作者按壓的作用下所移動的距離并產(chǎn)生 一 個與該移動距離成比例的 一 個 電信號，如電壓值信號，該電信號通過端口 P2傳送給處理器30,而后處理 器的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換單元將該電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并進(jìn)行處理而生成相應(yīng) 的控制信號。在本實(shí)施方式中，該控制信號為脈寬調(diào)制(PWM， Pulse Width Modulation)信號，用于控制施加到馬達(dá)22上的電壓，其通過處理器30的端口 P12輸出給速度調(diào)制電路31。速度調(diào)制電路31由電阻R19、功率開關(guān) 驅(qū)動器組成。其中功率開關(guān)驅(qū)動器有若干三極管組成，其用于調(diào)節(jié)MOSFET 的占空比，也就是說，功率開關(guān)驅(qū)動器根據(jù)接收到的PWM信號，來提高或 降低單個周期內(nèi)電壓信號的持續(xù)輸出時間，從而通過功率開關(guān)元件10 (即電 器開關(guān))來控制馬達(dá)22的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。其中功率開關(guān)元件IO可以半導(dǎo)體開關(guān)， 在本實(shí)施方式中為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET， metallic oxide semiconductor field effecttransistor )。
處理器30的端口 P3可與電池包l連接來采集電池包的工作電壓，以便 于監(jiān)測電池包的放電情況，并且在電壓過低時采取相應(yīng)的措施來提醒使用者 或切斷供給馬達(dá)的電力。如圖20所示，處理器30的端口P18、 P17、 P16、 P15通過電阻R22、 R23、 R29、 R30與發(fā)光二極管D2、 D3、 D4、 D5連接。 這些發(fā)光二極管可以設(shè)在機(jī)殼上，用來表示電池包1的剩余電量，其中D2、 D3、 D4發(fā)射綠光，而D5發(fā)射出紅光。當(dāng)電量充足時，D2、 D3、 D4均常亮， D5不亮；當(dāng)電量中等時，D3、 D4常亮，D2、 D5不亮；當(dāng)電量低時，D4 常亮，D3、 D2、 D5均不亮；而當(dāng)電量不足時，D2、 D3、 D4均不亮，而D5 常亮；當(dāng)電量嚴(yán)重不足時，D2、 D3、 D4均不亮，而D5閃爍，在此時，為 避免電池包過放而發(fā)生危險，處理器的端口 P12被阻斷而無法向馬達(dá)提供電 力。在本實(shí)施方式中，對于額定電壓Vb=18V的電池包而言，當(dāng)12.5V<Vb 《14.5V時，表示電池包電量不足，從而D2、 D3、 D4均不亮，而D5常亮； 當(dāng)Vb《12.5V時，表示電池包電量嚴(yán)重不足，從而D2、 D3、 D4均不亮，而 D5閃爍，同時，處理器30的端口 P12 ^f皮阻斷。
為監(jiān)測馬達(dá)22的運(yùn)行狀態(tài)，處理器會實(shí)時檢測通過馬達(dá)的工作電流。如 圖20所示， 一檢測電阻383與開關(guān)10和馬達(dá)22串聯(lián)， 一放大器382用于將 檢測電阻383上產(chǎn)生的壓降信號放大并通過端口 P4輸入到處理器30，以便 于處理器30檢測通過馬達(dá)22的電流。另外，電路中還包括過流保護(hù)電路37, 其包括一比較器384,其通過電阻R18采集R6上的壓降信號，并與輸入的 參考電壓信號Vref作比較。當(dāng)釆集到的電壓值大于參考電壓Vref時，比較 器384將初置的高電平狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低電平狀態(tài)，并通過電阻R24將低電平信 號輸出給處理器30的端口 P21。此外，為避免馬達(dá)22工作溫度過高，可利 用熱敏電阻385的阻值隨溫度變化而線性變化的特性來檢測馬達(dá)的溫度。熱 敏電阻385與電阻R10串聯(lián)組成分壓電路，處理器30的端口 P5通過導(dǎo)線連接在385與電阻R10之間，來4全測熱敏電阻385上的電壓變化，從而4更于處 理器30實(shí)時監(jiān)測馬達(dá)22溫度的變化，并在馬達(dá)溫度超過預(yù)定值，斷開供給 馬達(dá)的電力。
控制系統(tǒng)還包括用于識別電池包1電壓的識別電路。在本實(shí)施方式中， 該識別電路是在電池包1與電動工具連接后由識別電阻386,以及電阻Rl 3 和R21組成的分壓電路。處理器端口 P7通過電阻R21連"f妄在電阻R13和識 別電阻386之間，用來感測識別電阻386上的壓降，,人而確定電池包1的電 壓，并執(zhí)行相應(yīng)的過^L保護(hù)的程序。
本實(shí)施方式中，驅(qū)動裝置控制電路33為一H橋電路，處理器30通過端 口 Pll、 P9、 PIO、 P6分別連接到H橋電路的四個輸入口 A、 B、 C、 D，該 四個輸入口分別通過電阻R4、 Rl、 R2、 R3與功率開關(guān)元件Q4、 Ql、 Q2, Q3連接，電^f茲鐵裝置5連接在功率開關(guān)元件Ql和Q2的連"^妾點(diǎn)H以及功率 開關(guān)元件Q3和Q4的連接點(diǎn)L之間，且H橋電路的一端接電池包電源，另 一端接地。在本實(shí)施方式中，上述功率開關(guān)為半導(dǎo)體開關(guān)，且最好為MOSFET。 處理器通過通斷四個輸入口 A、 B、 C、 D來控制電磁鐵裝置53。例如，當(dāng)輸 入口 A、 B接通，而輸入口 C、 D斷開時，功率開關(guān)元件Ql和Q4接通，此 時電流的流向?yàn)閺倪B接點(diǎn)H到連接點(diǎn)L,相應(yīng)地，電磁鐵裝置53的推桿535 帶動內(nèi)齒圈45從如圖10所示的高速位置移動到圖11所示的低速位置。反之， 當(dāng)輸入口A、B斷開，而輸入口 C、 D接通時，電磁鐵裝置53的推桿535帶 動內(nèi)齒圏45從低速位置移動到高速位置。
檔位信號反饋電路34包括一開關(guān)387，以及電阻R25、 R26、 R27、 R28。 在本實(shí)施方式中，開關(guān)387為一單刀雙位開關(guān)，其包括觸點(diǎn)Hl和觸點(diǎn)Ll， 其中，觸點(diǎn)Ll和處理器的端口 13連接，觸點(diǎn)Hl和處理器的端口 14連接。 對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可輕易想到的是，具體實(shí)施時，觸點(diǎn)Hl和觸點(diǎn) Ll可以是設(shè)置在機(jī)殼上的傳動架行程兩端的簧片，傳動架上則設(shè)置有金屬 片，如銅片，到傳動架運(yùn)動到高速位置時，其金屬片與相應(yīng)的簧片接觸而接 通觸點(diǎn)H1;反之，則接通觸點(diǎn)Ll。如圖20所示，當(dāng)傳動架運(yùn)動到低速位置 時，觸點(diǎn)Hl被斷開而觸點(diǎn)Ll被接通，此時，端口 13會檢測到一個低電平 信號，端口 14會檢測到一個高電平信號，從而處理器30判斷目前齒輪傳動 機(jī)構(gòu)在高減速比下工作；反之，當(dāng)傳動架返回到高速位置后，端口 14會檢測 到一個低電平信號，端口 13會檢測到一個高電平信號。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是，金屬片和簧片可相應(yīng)設(shè)置在內(nèi)齒圈和齒輪箱上，或設(shè) 置在電磁鐵裝置的推桿和殼體上。
本實(shí)施方式中，功能開關(guān)36采用的是如圖16所示的可切換三種速度模 式的速度模式開關(guān)，即在高速模式、低速模式、和自動模式之間切換。如圖 20所示，速度模式開關(guān)36是一個單刀三位開關(guān)，其具有三個觸點(diǎn)L2、 H2、 A,分別通過電阻R14、 R15、 R16連才妄到處理器的端口 P26、 P25、 P24。當(dāng) 速度模式開關(guān)36位于如圖中所示的位置，即觸點(diǎn)A接通，而觸點(diǎn)H2和觸點(diǎn) L2都斷開，此時，處理器30 ^r測到端口 P24為^(氐電平信號，而端口P25、 P26均為高電平信號，如此，處理器將調(diào)用并運(yùn)行自動換檔的程序(后續(xù)將 對此進(jìn)行詳細(xì)描述)。而當(dāng)觸點(diǎn)A斷開，觸點(diǎn)H2或觸點(diǎn)L2接通時，處理器 30不會調(diào)用并運(yùn)行自動換檔的程序。
信號發(fā)生裝置35的兩個開關(guān)S2、 S3并聯(lián)，并通過電阻R17與處理器30 的端口 P23連接。當(dāng)開關(guān)S2、 S3中任一個被壓下時，將產(chǎn)生一個電信號并 通過端口 P23輸入處理器30,如此，處理器30將會中斷目前正在運(yùn)行的程 序而調(diào)用速度切換程序(以下將會作詳細(xì)描述)。
接下來，配合圖21和圖22以分別說明處理器的執(zhí)行自動變速的工作流 程以及速度切換的工作流程。
參照圖21,同時配合參照圖20所示，當(dāng)主開關(guān)13閉合后(步驟711 )， 處理器端口 Pl接收到復(fù)位信號，從而處理器執(zhí)行初始化動作(步驟712)。 而后，處理器通過端口3采集電池包的電壓信號(步驟713)，以判斷電池包 是否處于可正常應(yīng)用的狀態(tài)，即判斷電池包電壓是否小于12.5V,如果是， 表明電池包已經(jīng)過放，不適于再進(jìn)行放電，從而可以阻斷端口 P12輸出PWM 信號；如果否，表明電池包可正常使用，接下來，檢測速度模式開關(guān)36目前 所選擇的模式(步驟714)。如果速度模式開關(guān)36選擇的是自動模式，則進(jìn) 一步判斷電磁鐵裝置53是否處在高速位置(步驟715 ),如果是，則繼續(xù)下 一步驟；如果不是，則處理器接通輸入口 C、 D，并斷開輸入口 A、 B，從而 給電磁鐵裝置53通反向電流而驅(qū)動推桿移動到高速位置(步驟718)。如果 速度模式開關(guān)36選擇的是高速模式，則進(jìn)一步判斷電磁鐵裝置是否處在高速 位置(步驟716),如果是，則繼續(xù)下一步驟；如果不是，則驅(qū)動電磁鐵裝置 而促使推桿移動到高速位置(步驟719)。如果速度模式開關(guān)36選擇的是低 速模式，則進(jìn)一步判斷電磁鐵裝置是否處在低速位置(步驟717),如果是，則繼續(xù)下一步驟；如果不是，則處理器斷開輸入口 C、 D,并接通輸入口 A、 B,從而給電磁鐵裝置通正向電流而驅(qū)動推桿移動到低速位置(步驟720 )。
接下來，通過LED燈D2-D5顯示電池包的剩余電量(步驟721 )，并在 電量嚴(yán)重不足時切斷供給馬達(dá)的電力；實(shí)時檢測電池包的電壓(步驟722 ), 并在電池包過放時切斷供給馬達(dá)的電力；檢測扳機(jī)開關(guān)的按壓深度(步驟 723 );根據(jù)扳機(jī)開關(guān)的按壓深度來輸出相應(yīng)的PWM信號(步驟724 );檢測 馬達(dá)電流(步驟725 )。
判斷速度模式(步驟726 ),如果控制系統(tǒng)目前運(yùn)行在高速模式或低速模 式，則判斷馬達(dá)電流是否持續(xù)500ms (毫秒)大于90A (安培)(步驟727、 729 ),如果是，表明馬達(dá)有可能發(fā)生堵轉(zhuǎn)等異常情形而導(dǎo)致電流過大，因此， 為保護(hù)馬達(dá)，斷開供給馬達(dá)的電流(步驟728、 730 );如果不是，則返回步 驟721。如果控制運(yùn)行在自動模式，則判斷馬達(dá)電流是否持續(xù)300ms (毫秒) 大于90A (安培)(步驟731 ),如果是，表明馬達(dá)有可能已發(fā)生堵轉(zhuǎn)，則執(zhí) 行自動換檔的步驟；如果不是，則繼續(xù)判斷馬達(dá)電流是否持續(xù)500ms (毫秒) 大于30A (安培)(步驟732 ),如果是，表明工具高速輸出的效率即將低于 低速輸出的效率，如此則執(zhí)行自動換檔的步驟；如果不是，則返回步驟721。
在本實(shí)施方式中，自動換檔步驟包括步驟733-步驟736。首先，為避免 打齒，暫時停止向馬達(dá)提供電力(步驟733 )，即處理器暫時阻斷端口 P12輸 出信號，從而使馬達(dá)以及內(nèi)齒圏的轉(zhuǎn)速降下來。而后，處理器控制H橋電路 給電磁鐵裝置通正向電流，即處理器接通輸入口 A、 B,并斷開輸入口 C、 D， 從而使電磁鐵裝置驅(qū)動推桿從高速位置移動到低速位置(步驟734 ),并在移 動到低速位置時，觸發(fā)開關(guān)S5而使觸點(diǎn)Ll接通。然后，軟啟動馬達(dá)(步驟 735 )，即處理器通過端口 P12輸出的PWM信號逐步增加電壓信號的脈寬， 從而促使馬達(dá)慢慢地回復(fù)到正常的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。再后，處理器根據(jù)端口 13接收 到的低電平信號而設(shè)定低速標(biāo)記(步驟736 ),接下來，返回步驟721。需要 說明的是，由于內(nèi)齒圏在推桿的驅(qū)動下從高速位置運(yùn)動到低速位置需要一段 時間，所以，在其他實(shí)施方式中，也可以是由處理器先驅(qū)動電磁鐵裝置，然 后在馬達(dá)暫停的步驟。在這個過程中，只需要確保在內(nèi)齒圈和止轉(zhuǎn)裝置嚙合 前，馬達(dá)驅(qū)動力已經(jīng)不存在，如此，即使內(nèi)齒圈的速度還沒有降到零，但由 于其不具有主動旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動力，所以，可以與止轉(zhuǎn)裝置嚙合而很快靜止下來。
參照圖22,并配合參照圖20所示，當(dāng)處理器的端口 23接收到一個中斷信號時，處理器會停止目前正在運(yùn)行的程序并調(diào)用速度切換程序(步驟751 )。 處理器首先通過端口 21 ;險測馬達(dá)電流是否過大(步驟752 ),如大于100A(安 培)，如果是，表明馬達(dá)已經(jīng)堵轉(zhuǎn)，則停止向馬達(dá)供給電流(步驟753 );如 果否，則檢測速度模式開關(guān)目前處于何種模式(步驟754 )。如果是自動模式， 則中斷返回，即處理器繼續(xù)執(zhí)行原程序(步驟767 );如果是高速模式或低速 模式，則需要判斷馬達(dá)是否處于空載。由于有負(fù)載時相對于空載時馬達(dá)速度 降低地更快，所以相比有負(fù)載時，空載時馬達(dá)電力切斷后，需要更長的時間 才能使馬達(dá)停下來。如果是高速模式，判斷馬達(dá)電流是否持續(xù)500ms (毫秒) 大于30A (安培)(步驟755 )，如果是，表明有負(fù)載，隨后停止供給馬達(dá)的 電力并延遲0.5S (步驟756 );如果不是，則停止供給馬達(dá)的電力并延遲2S (步驟757 )。如果是低速模式，判斷馬達(dá)電流是否持續(xù)500ms (毫秒)大于 30A (安培)(步驟761 ),如果是，表明有負(fù)載，隨后停止供給馬達(dá)的電力并 延遲0.5S(步驟762 );如果不是，則停止供給馬達(dá)的電力并延遲2S (步驟 763 )。在執(zhí)行停機(jī)延遲，接下來處理器驅(qū)動電磁鐵裝置執(zhí)行從高速到低速或 從低速到高速的切換(步驟758、 764 ),隨后啟動馬達(dá)(步驟759、 765 ),并 相應(yīng)設(shè)定低速標(biāo)記或高速標(biāo)記(步驟760、 766 ),而后返回原程序(步驟767 )。
圖23a、 23b、和24揭示了本實(shí)用新型電動工具的另 一種實(shí)施方式。與 之前提到的實(shí)施方式的不同之處在于，該實(shí)施方式中，驅(qū)動裝置包括一小電 機(jī)55、具有一輸出軸561用于輸出小電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動力的一小齒輪傳動機(jī)構(gòu)56、 固定設(shè)置在輸出軸561上的一齒輪57,以及可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在齒輪箱47外部 的一圓形套筒58。圓形套筒58具有相對地設(shè)置在其圓周壁上的一對導(dǎo)引槽， 用來收容并導(dǎo)引鋼絲套513的兩相對末端。圓形套筒58還具有設(shè)置在其圓周 壁外表面上的外齒584,用以和齒輪57配合。每一導(dǎo)引槽包括基本垂直于一 軸線(如圖23a和23b的虛線所示)的第一、第二段581、 583,以及位于第 一、二段581、 583之間并沿軸線傾斜延伸的一第三段582。
圖23a、 23b分別表示的是本實(shí)施方式中電動工具處于高速和低速狀態(tài) 下。當(dāng)啟動小電機(jī)55，相對于輸出軸561固定設(shè)置的齒輪57獲得一旋轉(zhuǎn)速 度，并通過與圓形套筒58的外齒584間的配合驅(qū)動套筒58旋轉(zhuǎn)。需要注意 的是，本實(shí)施方式中，鋼絲套513被只能沿軸線方向運(yùn)動的方式設(shè)置在齒輪 箱47內(nèi)。從而，當(dāng)圓形套筒58旋轉(zhuǎn)時，鋼絲套513被導(dǎo)引槽的第三段5" 驅(qū)使而沿軸向運(yùn)動，并且移動件45隨鋼絲套513 —起沿軸向從一速度位置移動到另一速度位置從而實(shí)現(xiàn)自動變速。同之前的實(shí)施方式，小電機(jī)可以連接 在一 H橋電路中，并由微處理器控制，通過改變施加在H橋電路上的電流方 向來改變電才幾的i走轉(zhuǎn)方向，從而實(shí)現(xiàn)高速和1'氐速之間的切才吳。另夕卜，本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員可輕易想到的是，如果采用的小電機(jī)的輸出扭矩足夠大的話， 可以省去小齒輪傳動系統(tǒng)，如此，同樣可以達(dá)到速度切換的效果。
圖25所示的是本實(shí)用新型電動工具的另一實(shí)施方式，在本實(shí)施方式中， 電動工具由電池包l提供電力，電池包l可沿圖中箭頭方向插接到機(jī)殼的手 柄部分23的底部231。為顯示電池包和機(jī)殼的內(nèi)部構(gòu)造，電動工具的半邊積』 殼和電池包的上殼體被移除。電池包1包括殼體101 (由上、下殼體蓋合而 成)、被電池架102固定在殼體101內(nèi)的若干電池103、和收容在殼體101內(nèi) 靠近電動工具的機(jī)殼一側(cè)的一第 一電路板104。在本實(shí)施方式，該電池為鋰 離子電池，需要說明的是，這兒所說的鋰離子電池是負(fù)極材料為鋰元素的可 充電電池的總稱，依據(jù)正極材料的不同，其可構(gòu)成許多體系，如"鋰錳"電 池，"鋰鐵"電池等。在第一電路板104上設(shè)有若干第一導(dǎo)電端子105。 一第 二電路板232設(shè)置在電動工具的機(jī)殼內(nèi)靠近電池包的一側(cè)，在本實(shí)施方式中， 即機(jī)殼手柄部分23的底部231。第二電路板232上同樣設(shè)有若干第二導(dǎo)電端 子233，這些第二導(dǎo)電端子233可在電池包1插接到機(jī)殼底部231后與第一 導(dǎo)電端子105接觸，從而可以使電池包內(nèi)的電池103為第 一 電路板104和第 二電路板232提供電力，且進(jìn)一步地，通過設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)的與第二電路板連 接的導(dǎo)線(未圖示)為電機(jī)的運(yùn)行提供電力。第二電路板232上還設(shè)置有由 若干電子元器件組成的控制組件(未標(biāo)示)，其不僅可以用于監(jiān)測螺釘?shù)臄Q緊 過程并在捍緊時切斷電力，還可以用于監(jiān)測電池包的放電程度，并可在過放 時實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。這是因?yàn)閷β葆敼ぷ鞯谋O(jiān)測和對電池包的監(jiān)測都可以通 過對電動工具的同 一運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)，如本實(shí)施方式中的電機(jī)電流， 如此可以大大減少)埂件成本。
權(quán)利要求1.一種電動工具，其特征在于該工具包括機(jī)殼；電機(jī)，設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，并輸出旋轉(zhuǎn)動力；輸出軸；齒輪傳動機(jī)構(gòu)，設(shè)置在電機(jī)和輸出軸之間，并以至少包括第一齒輪減速比和第二齒輪減速比的若干齒輪減速比中的一個來將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出傳遞到輸出軸上；控制系統(tǒng)，與所述齒輪傳動結(jié)構(gòu)配合來用于控制所述齒輪傳動機(jī)構(gòu)減速比的切換；電池包，與所述電機(jī)電性連接以提供電機(jī)運(yùn)行所需的電力，且所述電池包包括鋰離子電池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動工具，其特征在于所述齒輪傳動機(jī)構(gòu)包 括至少 一 組齒輪系以及與所述齒輪系可變地配合以至少在所述第 一 齒輪減速 比和所述第二齒輪減速比之間進(jìn)行切換的切換件；所述控制系統(tǒng)用于監(jiān)測工 具的運(yùn)行參數(shù)，且在所述參數(shù)達(dá)到預(yù)定值后，控制所述切換件執(zhí)行所述齒輪 減速比的切換操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動工具，其特征在于所述切換件在與所述 第 一齒輪減速比對應(yīng)的第 一位置和與所述第二齒輪減速比對應(yīng)的第二位置間 線性移動來執(zhí)行所述齒輪減速比的切換操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動工具，其特征在于所述齒輪系包括行星 輪系，所述行星輪系包括若干行星輪、以及用于支撐行星輪的行星架。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動工具，其特征在于所述切換件包括內(nèi)齒 圏，在第一位置時，所述內(nèi)齒圈同時與所述行星輪和行星架嚙合；在第二位 置時，所述內(nèi)齒圏僅與所述行星輪嚙合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動工具，其特征在于所述齒輪傳動機(jī)構(gòu)包 括相對于機(jī)殼固定設(shè)置的止轉(zhuǎn)裝置，在第二位置時，所述移動件與所述止轉(zhuǎn) 裝置配合而與機(jī)殼保持相對固定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動工具，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括電 子控制單元、和驅(qū)動所述切換件在第 一 位置和第二位置間線性移動的驅(qū)動裝置；所迷電子控制單元用于在所述參數(shù)達(dá)到預(yù)定值后，給所述驅(qū)動裝置施加 電流從而驅(qū)動所述切換件在第 一 位置和第二位置間移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動工具，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括電磁鐵裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動工具，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括小 電機(jī)。<
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動工具，其特征在于所述工具運(yùn)行參數(shù) 包括用于表征輸出軸負(fù)載的電機(jī)電流值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動工具，其特征在于所述第一齒輪減速 比為低減速比，所述第二齒輪減速比為高減速比，在所述第一位置時，切換 件具有一旋轉(zhuǎn)速度；所述控制系統(tǒng)還用于在所述參數(shù)達(dá)到預(yù)定值后，降低切換件的所述旋轉(zhuǎn)速度。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電動工具，其特征在于所述控制系統(tǒng)先降 低切換件的所述旋轉(zhuǎn)速度，然后控制所述切換件執(zhí)行所述齒輪減速比的切換 操作。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動工具，其特征在于所述電動工具還包 括扳機(jī)開關(guān)，其包括供操作者按壓的扳機(jī)以及和扳機(jī)連接的電位器(potentiometer ),所述控制系統(tǒng)還用于根據(jù)4反機(jī)被按壓的程度調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動工具，其特征在于所述電動工具還包 括安裝在輸出軸前端的夾頭，以用于在工具工作時夾持工作頭。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電動工具，其特征在于所述電池包安裝在 所述機(jī)殼上，且電池包內(nèi)設(shè)有第一電路板，機(jī)殼內(nèi)設(shè)有與所述第一電路板電 性連接的第二電路板。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電動工具，其特征在于所述第一電路板設(shè) 置在電池包內(nèi)靠近機(jī)殼的一側(cè)，所迷第二電路板設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)靠近電池包的 一側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電動工具，包括馬達(dá)，輸出軸，連接馬達(dá)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括控制單元及驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置具有可在齒輪傳動機(jī)構(gòu)中第一位置與第二位置之間移動的移動件，且當(dāng)該移動件位于第一位置與第二位置時，輸出軸具有不同的輸出特性。當(dāng)負(fù)載扭矩變化至預(yù)定值時，控制單元先調(diào)整馬達(dá)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩，再控制驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔。本實(shí)用新型的電動工具可以解決自動換檔過程中產(chǎn)生的打齒問題，改善了工具的電氣性能，提高了工具的使用壽命。電動工具。
文檔編號B23B45/02GK201353657SQ20092003750
公開日2009年12月2日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者保羅·安德羅, 張士松, 強(qiáng)尼·鮑瑞那圖, 王家達(dá) 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司