專利名稱：變速工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變速工具，尤其是一種由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶變速傳動(dòng)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)：
一種變速工具，如電鉆、螺絲批和錘鉆等，帶有變速傳動(dòng)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。變速工具的變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常都包括連接馬達(dá)和輸出軸的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過(guò)改變與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的嚙合關(guān)系從而改變傳動(dòng)比，使得輸出軸輸出不同的速度。在現(xiàn)有技術(shù)中，如美國(guó)專利公告第68M491號(hào)揭示的自動(dòng)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(dòng)調(diào)整與齒輪傳動(dòng)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(dòng)滑環(huán)軸向移動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圈軸向移動(dòng)與設(shè)置在外殼上的止轉(zhuǎn)裝置卡接。歐洲專利申請(qǐng)公開(kāi)第EP0787931A1 也公開(kāi)了一種自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)。上述這些自動(dòng)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(duì)應(yīng)輸出扭力的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，這種機(jī)械式變速機(jī)構(gòu)不僅使得齒輪傳動(dòng)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)齒圈在軸向移動(dòng)的同時(shí)也在轉(zhuǎn)動(dòng)，而外殼是相對(duì)固定的，所以當(dāng)該變速機(jī)構(gòu)在變速的時(shí)候，轉(zhuǎn)動(dòng)中的內(nèi)齒圈的齒與外殼上的止轉(zhuǎn)裝置的齒會(huì)相互碰撞而很難嚙合，因此無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔及進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施的目的。中國(guó)公告專利第 CN201093036Y公開(kāi)了一種電氣式驅(qū)動(dòng)的變速工具，其控制系統(tǒng)可感測(cè)物理參數(shù)并在參數(shù)達(dá)到預(yù)定值后控制驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行自動(dòng)換檔。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種變速工具，該工具通過(guò)機(jī)電結(jié)合的手段來(lái)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)在不同的輸出檔位之間能可靠的作自動(dòng)切換的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種變速工具，包括機(jī)殼；馬達(dá)，設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，并輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；輸出軸；齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在馬達(dá)和輸出軸之間以將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)輸出傳遞到輸出軸上，其包括齒輪系和移動(dòng)件，所述移動(dòng)件可在第一位置和第二位置間移動(dòng)，且在第一位置和第二位置時(shí)，所述移動(dòng)件與所述齒輪系以不同的方式配合，從而齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以不同的減速比輸出馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，所述齒輪系包括至少一個(gè)齒圈；控制系統(tǒng)，包括與移動(dòng)件配合的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于在需要改變所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速比時(shí)切斷馬達(dá)電流，并驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)件在第一位置和第二位置之間切換；所述齒圈通過(guò)至少一個(gè)蓄能單元可旋轉(zhuǎn)的連接于機(jī)殼，所述齒圈具有一個(gè)平衡位置和至少一個(gè)蓄能位置，所述齒圈旋轉(zhuǎn)到達(dá)蓄能位置后被限制繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，所述蓄能單元始終向所述平衡位置施力于所述齒圈。
優(yōu)選的，所述齒圈從平衡位置向蓄能位置移動(dòng)時(shí)蓄能單元儲(chǔ)存能量，所述齒圈從蓄能位置向平衡位置移動(dòng)時(shí)蓄能單元釋放能量。
優(yōu)選的，所述馬達(dá)通電時(shí)驅(qū)動(dòng)齒圈從平衡位置向蓄能位置移動(dòng)，所述馬達(dá)斷電時(shí)所述蓄能單元驅(qū)動(dòng)齒圈從蓄能位置向平衡位置移動(dòng)。
優(yōu)選的，所述蓄能單元包括向所述平衡位置施力于所述齒圈的彈性件，所述彈性件一端連接機(jī)殼，另一端連接所述齒圈。
優(yōu)選的，所述馬達(dá)和齒圈之間設(shè)有固定在機(jī)殼上的連接盤(pán)以及固定連接在齒圈上的撥盤(pán)，所述彈性件一端抵接在連接盤(pán)上，另一端抵接在撥盤(pán)上。
優(yōu)選的，所述蓄能單元還包括設(shè)置在所述連接盤(pán)端面的第一弧形槽以及設(shè)置在所述撥盤(pán)端面的第一凸腳，所述彈性件為兩個(gè)，收容在第一弧形槽內(nèi)，所述第一凸腳也收容在第一弧形槽內(nèi)并位于兩個(gè)彈性件之間。
優(yōu)選的，所述蓄能單元為兩個(gè)，相對(duì)于所述連接盤(pán)的中心對(duì)稱設(shè)置。
優(yōu)選的，所述機(jī)殼和齒圈之間設(shè)有限位單元，所述限位單元包括設(shè)置在所述連接盤(pán)端面的第二弧形槽以及設(shè)置在所述撥盤(pán)端面的第二凸腳，所述第二凸腳收容于所述第二弧形槽內(nèi)并能夠在第二弧形槽所限定的弧度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選的，所述蓄能單元和所述限位單元相對(duì)于所述連接盤(pán)同心且位于不同的徑向位置。
優(yōu)選的，所述第二弧形槽的弧度在30度到150度之間。
優(yōu)選的，所述控制系統(tǒng)還包括電子控制單元，所述電子控制單元用于檢測(cè)表征輸出軸負(fù)載的參數(shù)，在所述參數(shù)達(dá)到預(yù)定值后，所述電子控制單元切斷馬達(dá)電流，并且控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置。
優(yōu)選的，所述變速工具還包括電子控制單元和觸發(fā)開(kāi)關(guān)，當(dāng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)被人為觸發(fā)時(shí)，一電信號(hào)生成并傳遞給電子控制單元，電子控制單元響應(yīng)該電信號(hào)而切斷馬達(dá)電流，并且控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過(guò)電子控制單元對(duì)電磁鐵裝置施加電流，來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒圈線性運(yùn)動(dòng)，從而改變齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔的目的。此外，電子控制單元在執(zhí)行自動(dòng)換檔時(shí)，會(huì)先通過(guò)速度調(diào)制電路對(duì)移動(dòng)件與齒輪組件進(jìn)行速度調(diào)制，在二者的相對(duì)旋轉(zhuǎn)速度相互匹配時(shí)，再進(jìn)入下一檔位嚙合狀態(tài)，從而有效避免自動(dòng)換檔過(guò)程中的打齒問(wèn)題，進(jìn)而延長(zhǎng)工具使用壽命，同時(shí)，通過(guò)設(shè)置蓄能單元使得在變速工具具有負(fù)載的情況下驅(qū)動(dòng)裝置也能夠進(jìn)行可靠的切換。


下面以電鉆中的變速機(jī)構(gòu)為例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明變速工具的局部剖視圖。
圖2是圖1中的驅(qū)動(dòng)裝置的局部放大示意圖。
圖3a是本發(fā)明變速工具處于高速檔位時(shí)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剖視圖。
圖北是本發(fā)明變速工具處于低速檔位時(shí)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剖視圖。
圖如是本發(fā)明變速工具的驅(qū)動(dòng)裝置另一實(shí)施例的局部剖視圖。
圖4b是圖4中的驅(qū)動(dòng)裝置的局部放大示意圖。
圖5是本發(fā)明變速工具的控制系統(tǒng)原理方框圖。
圖6是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)中控制單元第一實(shí)施例的原理方框圖。
圖7是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)中控制單元第二實(shí)施例的原理方框圖。
圖8是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)中控制單元第三實(shí)施例的原理方框圖。
圖9是本發(fā)明變速工具在高速運(yùn)行和低速運(yùn)行是的效率曲線圖，以說(shuō)明變速工具的速度切換時(shí)機(jī)。
圖10是本發(fā)明變速工具另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中部分機(jī)殼被移除以揭示驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置處于高速位置。
圖11與圖10相似，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)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中所示變速工具的電磁鐵裝置的剖視示意圖。
圖15是本發(fā)明變速工具另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中顯示了信號(hào)發(fā)生裝置。
圖16是圖15變速工具的俯視圖，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(dòng)三種模式的速度模式開(kāi)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(kāi)關(guān)的形式。
圖17b與圖17a類似，其中揭示了另一種觸發(fā)開(kāi)關(guān)的形式。
圖18與圖16類似，但其中速度模式開(kāi)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(kāi)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所示變速工具的內(nèi)部電路的簡(jiǎn)化圖。
圖21是圖20中處理器執(zhí)行自動(dòng)速度切換的工作流程圖。
圖22是圖20中處理器執(zhí)行手動(dòng)即時(shí)速度切換的工作流程圖。
圖23a和圖2 是本發(fā)明變速工具另一實(shí)施方式中的平面示意圖，其中變速工具分別處于高速狀態(tài)和低速狀態(tài)。
圖M是沿圖23a中D_D線方向的剖視示意圖。
圖25是本發(fā)明變速工具的部分立體示意圖，其中揭示了驅(qū)動(dòng)裝置的另一實(shí)施方式。
圖沈是圖25中驅(qū)動(dòng)裝置的立體分解圖。
圖27是本發(fā)明變速工具的驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)可靠切換的第一實(shí)施例的示意圖。
圖觀是沿圖27中E-E線方向的剖視示意圖。
圖四是圖27中的驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)可靠切換的第一實(shí)施例的立體分解圖。
圖30是沿圖27中F-F線方向的剖視示意圖，此時(shí)變速工具給馬達(dá)通電。
圖31與圖30類似，此時(shí)變速工具的馬達(dá)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度。
圖32與圖30類似，此時(shí)變速工具的馬達(dá)輸出動(dòng)力。
圖33與圖30類似，此時(shí)變速工具的馬達(dá)電流被切斷，彈性件開(kāi)始釋放能量。
圖34與圖30類似，此時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)可靠切換的第一實(shí)施例中的各齒輪間的內(nèi)應(yīng)力完全釋放。
圖35是本發(fā)明變速工具的驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)可靠切換的第二實(shí)施例中的小電機(jī)對(duì)應(yīng)不同的負(fù)載情況的轉(zhuǎn)速變化示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1至圖北所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。一種變速工具9，包括馬達(dá)2、馬達(dá)供電電源1，啟動(dòng)/停止馬達(dá)的主開(kāi)關(guān)13、輸出軸6以及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4。齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括由第一行星輪40與第一行星架41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(dòng)的移動(dòng)件45。驅(qū)動(dòng)裝置5設(shè)置于齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4 上，包括驅(qū)動(dòng)件52及傳動(dòng)件51，本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)件是采用一電磁鐵裝置，包括兩個(gè)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(dòng)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(dòng)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(shí)，線圈鐵芯523將產(chǎn)生磁性而與兩個(gè)永磁鐵521的其中一個(gè)發(fā)生吸引。如果電磁鐵的電流反向接通時(shí)，鐵芯523則會(huì)與另一個(gè)永磁鐵521產(chǎn)生吸引，從而帶動(dòng)推桿512、鋼絲套513及調(diào)速環(huán)45 —起移動(dòng)。如圖3a所示的高速檔狀態(tài)，此時(shí)鐵芯523 被其中一個(gè)永磁鐵521吸引，相應(yīng)的，調(diào)速環(huán)45的內(nèi)齒451同時(shí)與第一行星架41及第二行星輪42嚙合，此時(shí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4的輸出轉(zhuǎn)速較高；如圖北所示的低速檔狀態(tài)，此時(shí)鐵芯 523被另一個(gè)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(shí)其端齒 452與工具殼體上的止轉(zhuǎn)裝置44嚙合，此時(shí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4的輸出轉(zhuǎn)速較低。
參照?qǐng)D如及圖4b所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置第一實(shí)施例中采用的電磁鐵裝置，其目的是通過(guò)控制電磁鐵的電流方向來(lái)改變極性，來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)速環(huán)45在高低速檔位間移動(dòng)。而本實(shí)施例中，改用一伺服馬達(dá)525來(lái)作為驅(qū)動(dòng)件，用一個(gè)螺桿515、帶內(nèi)螺紋的推桿512及鋼絲套513來(lái)作為傳動(dòng)件51，通過(guò)伺服馬達(dá)525的正反轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)推桿512在螺桿515上的移動(dòng)，從而帶動(dòng)調(diào)速環(huán)45 —起移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高低速檔位的嚙合。
請(qǐng)進(jìn)一步參照?qǐng)D5，是本發(fā)明變速工具的控制系統(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(dòng)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(hào)發(fā)生器35與處理器相連接，而于變速工具主電路電源1與處理器30之間設(shè)置有功能開(kāi)關(guān)36。驅(qū)動(dòng)裝置5由處理器30輸出的控制信號(hào)所控制，以便執(zhí)行自動(dòng)換檔動(dòng)作，同時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)將檔位信號(hào)反饋給處理器30。在變速工具操作過(guò)程中，根據(jù)操作者的習(xí)慣或者應(yīng)用場(chǎng)合的實(shí)際需要，操作者可以選擇將功能開(kāi)關(guān)36閉合，從而啟動(dòng)控制系統(tǒng)8的自動(dòng)換檔控制功能，換言之，該功能開(kāi)關(guān)36提供了變速工具9手動(dòng)模式與自動(dòng)模式之間的切換功能。 如果操作僅需要其中某一個(gè)檔位功能時(shí)，則可斷開(kāi)功能開(kāi)關(guān)36，用手動(dòng)模式對(duì)變速工具進(jìn)行換檔操作。
當(dāng)變速工具9處于自動(dòng)模式時(shí)，控制系統(tǒng)8的處理器30檢測(cè)變速工具的物理參數(shù)的變化，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷是否需要開(kāi)始執(zhí)行自動(dòng)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(lái)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(chǎng)合，操作者或許希望能夠在自動(dòng)模式下仍然可以自行決定換檔的時(shí)間點(diǎn)， 也可通過(guò)信號(hào)發(fā)生器35手動(dòng)輸入一個(gè)控制信號(hào)，使控制系統(tǒng)即時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔。
在自動(dòng)換檔過(guò)程中，控制單元3發(fā)出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)裝置5，驅(qū)動(dòng)裝置5中的驅(qū)動(dòng)件52帶動(dòng)傳動(dòng)件51移動(dòng)，進(jìn)而將齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4中的移動(dòng)件45從高速檔位移動(dòng)至低速檔位。此過(guò)程中，如果馬達(dá)2仍在給齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4傳遞扭矩，即移動(dòng)件45仍具有一定的轉(zhuǎn)速，而移動(dòng)之后需要與靜止的止轉(zhuǎn)裝置44嚙合(參圖3b)，就會(huì)造成移動(dòng)件45與止轉(zhuǎn)裝置 44之間發(fā)生打齒而無(wú)法順利嚙合的問(wèn)題。本發(fā)明為解決這個(gè)問(wèn)題提出了三種解決方案，以下分別進(jìn)行說(shuō)明。
參照?qǐng)D6，是本發(fā)明變速工具控制系統(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(cè)電路32、驅(qū)動(dòng)裝置控制電路33及檔位信號(hào)反饋電路34。在變速工具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(kāi)關(guān)10 (比如場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅或繼電器等)，該電器開(kāi)關(guān)10由速度調(diào)制電路31控制通斷狀態(tài)。
當(dāng)變速工具開(kāi)機(jī)時(shí)，處理器30控制電器開(kāi)關(guān)10滯后一段時(shí)間(如0. Is)再導(dǎo)通， 在此段時(shí)間內(nèi)，首先發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)裝置控制電路33，給電磁鐵反向通電，將驅(qū)動(dòng)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(dòng)并處于高速檔正常運(yùn)行。此時(shí)輸出軸6 帶動(dòng)工作頭(未圖示)開(kāi)始進(jìn)行鉆孔加工。負(fù)載檢測(cè)電路32以特定頻率采集馬達(dá)的負(fù)載電流，處理器30則將負(fù)載檢測(cè)電路32所采集到的馬達(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(zhǎng)時(shí)間超出預(yù)設(shè)電流值的情況，則說(shuō)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(shí)處理器30先發(fā)送指令給速度調(diào)制電路31，控制電器開(kāi)關(guān)10 切斷電源令馬達(dá)停轉(zhuǎn)，馬達(dá)電流變?yōu)榱?。此時(shí)調(diào)速環(huán)的速度也會(huì)降低至零轉(zhuǎn)速。
之后，處理器發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)裝置控制電路33，使驅(qū)動(dòng)裝置5的電磁鐵反向通電， 鐵芯523帶動(dòng)調(diào)速環(huán)45發(fā)生移動(dòng)，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(guò)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(wèn)題的發(fā)生。
控制單元3中的檔位信號(hào)反饋電路34在檢測(cè)到電磁鐵的鐵芯523與另一個(gè)永磁鐵521接觸時(shí)(本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以設(shè)計(jì)成檢測(cè)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(dòng)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(kāi)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(shuō)明的是，變速工具在高速正常運(yùn)行過(guò)程中，往往因某些特殊情況出現(xiàn)馬達(dá)負(fù)載電流短時(shí)大負(fù)載值出現(xiàn)，為了防止換檔動(dòng)作誤啟動(dòng)的情況，可以通過(guò)設(shè)定處理器的程序來(lái)解決，只有當(dāng)負(fù)載檢測(cè)電路所采集到的馬達(dá)電流超出預(yù)設(shè)值一定的時(shí)間(比如設(shè)計(jì)時(shí)間為0.5s)時(shí)，才開(kāi)始執(zhí)行換檔控制。當(dāng)然，也可直接將功能開(kāi)關(guān)36切斷來(lái)直接選擇手動(dòng)模式，避免不希望自動(dòng)換檔時(shí)誤啟動(dòng)換檔動(dòng)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(lái)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(gè)時(shí)刻啟動(dòng)自動(dòng)換檔，即便是馬達(dá)負(fù)載電流還沒(méi)有超出預(yù)設(shè)值，也可通過(guò)處理器30上的信號(hào)發(fā)生器35來(lái)輸入一個(gè)控制信號(hào)，從而即時(shí)開(kāi)始執(zhí)行自動(dòng)換檔動(dòng)作。進(jìn)一步的，處理器也可以設(shè)計(jì)成具有學(xué)習(xí)功能，即，記錄操作者每次通過(guò)信號(hào)發(fā)生器輸入控制信號(hào)時(shí)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(dòng)換檔之前控制單元3控制電器開(kāi)關(guān)10讓馬達(dá)2短時(shí)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(shí)，換檔過(guò)程中調(diào)速環(huán)45 與止轉(zhuǎn)裝置44的嚙合同樣不會(huì)出現(xiàn)打齒的問(wèn)題。參照?qǐng)D7所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的控制單元第二實(shí)施例。在變速工具9的主電路中，電源與馬達(dá)之間的電器開(kāi)關(guān)10用場(chǎng)效應(yīng)管11來(lái)代替，在需要進(jìn)行自動(dòng)換檔時(shí)，速度調(diào)制電路31通過(guò)控制場(chǎng)效應(yīng)管11來(lái)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(duì)速度達(dá)到一個(gè)可以使二者順利進(jìn)入嚙合位置的范圍。
同樣，如圖8所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的控制單元第三實(shí)施例。在馬達(dá)2 與齒輪傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guò)程中出現(xiàn)打齒的問(wèn)題。
綜合上述幾種速度調(diào)制的實(shí)施例，可以看出本發(fā)明精神主要在于控制單元3在檢測(cè)到馬達(dá)2負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間超出預(yù)設(shè)值時(shí)，通過(guò)速度調(diào)制電路31對(duì)移動(dòng)件45與齒輪組件進(jìn)行速度調(diào)制，在二者的相對(duì)速度相互匹配時(shí)，再進(jìn)入下一檔位嚙合狀態(tài)，或者說(shuō)，控制單元先調(diào)整馬達(dá)傳遞給齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭矩，再控制驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔，從而有效避免自動(dòng)換檔過(guò)程中的打齒問(wèn)題。
另外值得一提的是，在自動(dòng)換檔動(dòng)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(shí)進(jìn)入低轉(zhuǎn)速大扭矩輸出狀態(tài)，會(huì)給操作者造成一個(gè)很大的啟動(dòng)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(xiǎn)。為解決此問(wèn)題，可以通過(guò)控制場(chǎng)效應(yīng)管11 (參圖7)來(lái)實(shí)現(xiàn)馬達(dá)2的軟啟動(dòng)。具體而言，在自動(dòng)換檔結(jié)束后，恢復(fù)馬達(dá)2供電時(shí)，控制單元3在一個(gè)設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)(比如0. 6s)，通過(guò)定頻調(diào)寬或定寬調(diào)頻等方式來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管，來(lái)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(dòng)馬達(dá)給操作者帶來(lái)的沖擊感覺(jué)。
應(yīng)用以上所揭示的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的變速工具的變速控制方法是，提供一種變速工具包括電源1、馬達(dá)2、輸出軸6、連接馬達(dá)和輸出軸的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4，以及控制系統(tǒng)8，其中齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括至少一齒輪組件及一移動(dòng)件，所述移動(dòng)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(dòng)裝置5組成，這種變速控制方法包括
1)負(fù)載扭矩檢測(cè)步驟所述控制系統(tǒng)檢測(cè)變速工具物理參數(shù)，比如檢測(cè)馬達(dá)2負(fù)載電流、電壓或輸出軸轉(zhuǎn)速，判斷變速工具的工作狀態(tài)；
2)自動(dòng)換檔步驟控制齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)件移動(dòng)至另一檔位。
所述負(fù)載扭矩檢測(cè)與自動(dòng)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(shí)，所述控制單元調(diào)整馬達(dá)傳遞給齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭矩，使移動(dòng)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(duì)速度達(dá)到一個(gè)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(guò)降低馬達(dá)的輸入電壓來(lái)降低馬達(dá)傳遞給齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭矩。
在自動(dòng)換檔步驟之后，進(jìn)一步包括移動(dòng)件檔位檢測(cè)步驟，以確認(rèn)移動(dòng)件已經(jīng)移動(dòng)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(dòng)步驟，控制系統(tǒng)在預(yù)設(shè)的時(shí)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(duì)本發(fā)明變速工具的自動(dòng)速度切換的時(shí)機(jī)進(jìn)行說(shuō)明。圖9所示的是變速工具的整機(jī)輸出效率Π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η為輸出軸的輸出功率與馬達(dá)的輸出功率的比值，nH曲線為整機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出效率曲線，IU曲線為整機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)，隨著負(fù)載的增加，輸出效率開(kāi)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(shí)，隨著負(fù)載的增加，輸出效率開(kāi)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(shí)，高速效率曲線ηΗ和低速效率曲線IU在此交會(huì)，其交點(diǎn)為η C。而在此之前，整機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出效率要高于在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(shí)的輸出效率要低于在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸出效率，所以，當(dāng)負(fù)載扭矩值達(dá)到Tc時(shí)，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。本發(fā)明變速工具希望通過(guò)確定負(fù)載扭矩值達(dá)到Tc 的時(shí)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(huì)檢測(cè)通過(guò)馬達(dá)的電流的變化，用來(lái)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(shí)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(shí)，此時(shí)，檢測(cè)到馬達(dá)的電流值為Ic，在本實(shí)施方式中，Ic = 30A(安培)，然后，控制系統(tǒng)控制驅(qū)動(dòng)裝置執(zhí)行從高速到低速的切換。需要說(shuō)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(huì)有不同，如此對(duì)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(cè)馬達(dá)的電流值來(lái)反映輸出軸的負(fù)載，在其他實(shí)施方式中，可以通過(guò)檢測(cè)其他物理參數(shù)來(lái)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(dòng)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(shí)，也可以檢測(cè)電池端子的電壓變化等方式來(lái)表征輸出軸的負(fù)載。
圖10-圖14所示的是本發(fā)明變速工具的另一種實(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(gè)位置。如圖14所示，電磁鐵裝置53包括縱長(zhǎng)設(shè)置的金屬殼體531、設(shè)置在金屬殼體內(nèi)沿縱長(zhǎng)方向分布的兩個(gè)線圈532、設(shè)置在兩個(gè)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(zhǎng)方向線性移動(dòng)的鐵芯534，以及相對(duì)于鐵芯固定設(shè)置并縱長(zhǎng)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(duì)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?qǐng)D10和圖12所示，一傳動(dòng)架M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Ml、以及自托架底部向下延伸出并間隔設(shè)置的一對(duì)側(cè)壁M2。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M2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(duì)固定。如圖12所示，傳動(dòng)架M和機(jī)殼21之間設(shè)有導(dǎo)引機(jī)構(gòu)。其中傳動(dòng)架M的一對(duì)側(cè)壁542各側(cè)向延伸出一導(dǎo)引柱討3，機(jī)殼21的每側(cè)內(nèi)壁上凸設(shè)有一對(duì)肋板M4，其間形成有導(dǎo)引槽M5以相應(yīng)收容并導(dǎo)引每一導(dǎo)引柱M3。
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(zhǎng)距離，并由于永磁體的吸引而保持在該位置。此時(shí)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速比較低， 馬達(dá)通過(guò)齒輪箱后傳遞給輸出軸轉(zhuǎn)速較高，也就是說(shuō)，內(nèi)齒圈45 (或稱調(diào)速環(huán)，即本實(shí)施方式中的移動(dòng)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(shí)嚙合而確保相對(duì)固定(配合參照?qǐng)D3a所示)，從而可隨行星架和行星輪一起旋轉(zhuǎn)。配合參照?qǐng)D14，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(chǎng)在金屬殼體531的縱長(zhǎng)兩端產(chǎn)生不同的磁極，從而驅(qū)動(dòng)鐵芯534和推桿535移動(dòng)到后退位置。如圖10所示，推桿535 帶動(dòng)傳動(dòng)架討、鋼絲套513和內(nèi)齒圈45—起移動(dòng)距離d，到達(dá)了如圖11所示的位置。配合參照?qǐng)D北所示，在此過(guò)程中，內(nèi)齒圈45沿軸向移動(dòng)而與行星架41脫離嚙合，但與行星輪42 仍保持嚙合。當(dāng)推桿53移動(dòng)到后退位置時(shí)，內(nèi)齒圈45與止轉(zhuǎn)裝置44嚙合而與機(jī)殼保持相對(duì)固定。此時(shí)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4的減速比增加了一級(jí)，從而馬達(dá)通過(guò)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(chǎng)，如此，推桿535回到如圖 10所示的后退位置，從而齒輪傳動(dòng)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(kāi)關(guān)36的一種實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，該功能開(kāi)關(guān)可稱之為速度模式開(kāi)關(guān)。配合參照?qǐng)D16中的速度模式開(kāi)關(guān)36，該開(kāi)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(gè)位置滑移，分別對(duì)應(yīng)自動(dòng)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(duì)應(yīng)的第一、第二、第三信號(hào)端子362，以及接地端子363。關(guān)于速度模式開(kāi)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(huì)在后續(xù)詳細(xì)描述到。
圖15所示的是信號(hào)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(kāi)關(guān)，當(dāng)該開(kāi)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(dòng)換檔，即通過(guò)電磁鐵的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)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(gè)該速度切換開(kāi)關(guān)，對(duì)稱設(shè)置于機(jī)殼21的兩側(cè)，按下任何一個(gè)開(kāi)關(guān)都可以觸發(fā)速度的切換，這樣，對(duì)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(kāi)關(guān)的具體形式。圖17a中的開(kāi)關(guān)為按鈕開(kāi)關(guān)351，其通過(guò)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(kāi)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中采用彈片式開(kāi)關(guān)352，同樣，按下按壓片353，彈片3521與觸點(diǎn)3523接通，此時(shí)，一電信號(hào)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(kāi)關(guān)36和信號(hào)發(fā)生裝置35可結(jié)合使用。速度模式開(kāi)關(guān)36的撥鈕位于檔位A時(shí)，即處于自動(dòng)模式時(shí)，速度切換功能被屏蔽，也就是說(shuō)，按下速度切換開(kāi)關(guān)并不會(huì)觸發(fā)速度切換功能；而當(dāng)速度模式開(kāi)關(guān)的撥鈕位于檔位H或L時(shí)，即處于高速或低速模式時(shí)，自動(dòng)速度切換的功能被屏蔽，這時(shí)，按下速度切換開(kāi)關(guān)就可以觸發(fā)速度切換功能，從而高速模式會(huì)相應(yīng)切換到低速模式，而低速模式則會(huì)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(hào)發(fā)生裝置35的開(kāi)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(shí)操作開(kāi)關(guān)按鈕。例如，當(dāng)使用者在進(jìn)行操作時(shí)想要切換速度，其可以用握持惻手柄的手的大拇指按壓開(kāi)關(guān)按鈕，從而獲得其想要的速度。當(dāng)然，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是，上述開(kāi)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(lái)同時(shí)執(zhí)行速度切換的操作。
圖18和圖19揭示的是信號(hào)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(kāi)關(guān)36不包括自動(dòng)模式擋位，這樣，只要按下速度切換開(kāi)關(guān)，速度切換功能就會(huì)被瞬時(shí)啟動(dòng)，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(kāi)關(guān)，該實(shí)施方式中，變速工具運(yùn)行在自動(dòng)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(kāi)機(jī)運(yùn)行后默認(rèn)在自動(dòng)模式下運(yùn)行，一旦信號(hào)發(fā)生裝置35被觸發(fā)，則控制系統(tǒng)8中斷自動(dòng)運(yùn)行模式，同時(shí)，控制系統(tǒng)8控制電磁鐵裝置 53切換齒輪傳動(dòng)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(hào)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(dòng)模式被中斷，則進(jìn)入了由信號(hào)發(fā)生裝置控制的手動(dòng)速度切換模式。當(dāng)然對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是，上述信號(hào)發(fā)生裝置及具體的速度切換方式可應(yīng)用于具有兩級(jí)以上的減速比切換，如具有高、中、低三速的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。
圖20所示的是本發(fā)明變速工具一具體實(shí)施方式
中的簡(jiǎn)化的電路圖。該實(shí)施方式中，變速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(shuō)明的是，這兒所說(shuō)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(duì)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(lái)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(shí)別電阻386，用來(lái)被電動(dòng)工具識(shí)別，從而確定相應(yīng)的電池包過(guò)放保護(hù)方式。
如圖20所示，同時(shí)可配合參照?qǐng)D6所示，本實(shí)施方式中，變速工具的變速系統(tǒng)包括處理器30、速度調(diào)制電路31、馬達(dá)負(fù)載檢測(cè)電路32、驅(qū)動(dòng)裝置控制電路33、檔位信號(hào)反饋電路34、信號(hào)發(fā)生裝置35、以及功能開(kāi)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(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換單元(A/D converter)、計(jì)時(shí)器 (timer)、輸入/輸出端口(I/Oport)Pl-P^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(shí)，所以申請(qǐng)人在此不再予以贅述。
如圖20所示，主開(kāi)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(shí)，主電路被接通，通過(guò)直流電源轉(zhuǎn)換模塊(DC/DC) 381，電池包1的電壓被轉(zhuǎn)換成一個(gè)較低的恒定電壓，在本實(shí)施方式中為5V，用來(lái)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(guò)電阻R5 連接，從而在主開(kāi)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(guò)端口 P20輸入處理器，且處理器從端口 Pl接收到一個(gè)復(fù)位信號(hào)而執(zhí)行初始化動(dòng)作。主開(kāi)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(kāi)關(guān)13包括一電位器(potentiometer)，其用來(lái)測(cè)量按鈕在操作者按壓的作用下所移動(dòng)的距離并產(chǎn)生一個(gè)與該移動(dòng)距離成比例的一個(gè)電信號(hào)，如電壓值信號(hào)，該電信號(hào)通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理而生成相應(yīng)的控制信號(hào)。在本實(shí)施方式中，該控制信號(hào)為脈寬調(diào)制(PWM，Pulse WidthModulation)信號(hào)，用于控制施加到馬達(dá)2上的電壓，其通過(guò)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(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器組成。其中功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)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(shuō)，功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收到的PWM信號(hào)，來(lái)提高或降低單個(gè)周期內(nèi)電壓信號(hào)的持續(xù)輸出時(shí)間，從而通過(guò)功率開(kāi)關(guān)元件10(即電器開(kāi)關(guān))來(lái)控制馬達(dá)2的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。其中功率開(kāi)關(guān)元件10可以半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，在本實(shí)施方式中為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET，metallic oxidesemiconductor field effecttransistor)。
處理器30的端口 P3可與電池包1連接來(lái)采集電池包的工作電壓，以便于監(jiān)測(cè)電池包的放電情況，并且在電壓過(guò)低時(shí)采取相應(yīng)的措施來(lái)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(guò)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(lái)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(shí)，D2、D3、D4均常亮，D5不亮；當(dāng)電量中等時(shí)，D3、D4常亮，D2、D5不亮；當(dāng)電量低時(shí)，D4常亮，D3、D2、D5均不亮；而當(dāng)電量不足時(shí)，D2、D3、D4均不亮，而D5常亮；當(dāng)電量嚴(yán)重不足時(shí)，D2、D3、D4均不亮，而D5閃爍，在此時(shí)，為避免電池包過(guò)放而發(fā)生危險(xiǎn)，處理器的端口 P12被阻斷而無(wú)法向馬達(dá)提供電力。在本實(shí)施方式中，對(duì)于額定電壓Vb = 18V的電池包而言，當(dāng)12. 5V< VbS 14. 5V時(shí)， 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(shí)，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(shí)，處理器30的端口 P12被阻斷。
為監(jiān)測(cè)馬達(dá)2的運(yùn)行狀態(tài)，處理器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)通過(guò)馬達(dá)的工作電流。如圖20所示， 一檢測(cè)電阻383與開(kāi)關(guān)10和馬達(dá)2串聯(lián)，一放大器382用于將檢測(cè)電阻383上產(chǎn)生的壓降信號(hào)放大并通過(guò)端口 P4輸入到處理器30，以便于處理器30檢測(cè)通過(guò)馬達(dá)2的電流。另外， 電路中還包括過(guò)流保護(hù)電路37，其包括一比較器384，其通過(guò)電阻R18采集R6上的壓降信號(hào)，并與輸入的參考電壓信號(hào)Vref作比較。當(dāng)采集到的電壓值大于參考電壓Vref時(shí)，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(guò)電阻RM將低電平信號(hào)輸出給處理器30的端口 P21。此外，為避免馬達(dá)2工作溫度過(guò)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(lái)檢測(cè)馬達(dá)的溫度。熱敏電阻385與電阻RlO串聯(lián)組成分壓電路，處理器30的端口 P5通過(guò)導(dǎo)線連接在385與電阻RlO之間，來(lái)檢測(cè)熱敏電阻385上的電壓變化，從而便于處理器30實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)馬達(dá)2溫度的變化，并在馬達(dá)溫度超過(guò)預(yù)定值，斷開(kāi)供給馬達(dá)的電力。
控制系統(tǒng)還包括用于識(shí)別電池包1電壓的識(shí)別電路。在本實(shí)施方式中，該識(shí)別電路是在電池包1與變速工具連接后由識(shí)別電阻386，以及電阻R13和R21組成的分壓電路。 處理器端口 P7通過(guò)電阻R21連接在電阻R13和識(shí)別電阻386之間，用來(lái)感測(cè)識(shí)別電阻386 上的壓降，從而確定電池包1的電壓，并執(zhí)行相應(yīng)的過(guò)放保護(hù)的程序。
本實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)裝置控制電路33為一 H橋電路，處理器30通過(guò)端口 P11、P9、 ΡΙΟ、Ρ6分別連接到H橋電路的四個(gè)輸入口 Α、B、C、D，該四個(gè)輸入口分別通過(guò)電阻R4、Rl、 R2、R3與功率開(kāi)關(guān)元件Q4、Ql、Q2、Q3連接，電磁鐵裝置5連接在功率開(kāi)關(guān)元件Ql和Q2的連接點(diǎn)H以及功率開(kāi)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(kāi)關(guān)為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，且最好為M0SFET。處理器通過(guò)通斷四個(gè)輸入口 A、B、C、D來(lái)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(kāi)時(shí)，功率開(kāi)關(guān)元件Ql和Q4接通，此時(shí)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(dòng)內(nèi)齒圈45從如圖10所示的高速位置移動(dòng)到圖11所示的低速位置。反之，當(dāng)輸入口 A、B斷開(kāi)，而輸入口 C、D接通時(shí)，電磁鐵裝置53的推桿535帶動(dòng)內(nèi)齒圈 45從低速位置移動(dòng)到高速位置。
檔位信號(hào)反饋電路34包括一開(kāi)關(guān)387，以及電阻1 25、1 26、1 27、1 28。在本實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)387為一單刀雙位開(kāi)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(duì)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(shí)，觸點(diǎn)Hl和觸點(diǎn)Ll可以是設(shè)置在機(jī)殼上的傳動(dòng)架行程兩端的簧片，傳動(dòng)架上則設(shè)置有金屬片，如銅片，到傳動(dòng)架運(yùn)動(dòng)到高速位置時(shí)，其金屬片與相應(yīng)的簧片接觸而接通觸點(diǎn) Hl ；反之，則接通觸點(diǎn)Li。如圖20所示，當(dāng)傳動(dòng)架運(yùn)動(dòng)到低速位置時(shí)，觸點(diǎn)Hl被斷開(kāi)而觸點(diǎn)Ll被接通，此時(shí)，端口 13會(huì)檢測(cè)到一個(gè)低電平信號(hào)，端口 14會(huì)檢測(cè)到一個(gè)高電平信號(hào)， 從而處理器30判斷目前齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在高減速比下工作；反之，當(dāng)傳動(dòng)架返回到高速位置后，端口 14會(huì)檢測(cè)到一個(gè)低電平信號(hào)，端口 13會(huì)檢測(cè)到一個(gè)高電平信號(hào)。對(duì)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(kāi)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(kāi)關(guān)，即在高速模式、低速模式、和自動(dòng)模式之間切換。如圖20所示，速度模式開(kāi)關(guān)36 是一個(gè)單刀三位開(kāi)關(guān)，其具有三個(gè)觸點(diǎn)L2、H2、A，分別通過(guò)電阻R14、R15、R16連接到處理器的端口 P26、P25、P24。當(dāng)速度模式開(kāi)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(kāi)，此時(shí)，處理器30檢測(cè)到端口 PM為低電平信號(hào)，而端口 P25、P^均為高電平信號(hào)，如此，處理器將調(diào)用并運(yùn)行自動(dòng)換檔的程序(后續(xù)將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)描述)。而當(dāng)觸點(diǎn)A斷開(kāi)，觸點(diǎn)H2或觸點(diǎn)L2接通時(shí)，處理器30不會(huì)調(diào)用并運(yùn)行自動(dòng)換檔的程序。
信號(hào)發(fā)生裝置35的兩個(gè)開(kāi)關(guān)S2、S3并聯(lián)，并通過(guò)電阻R17與處理器30的端口 P23 連接。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2、S3中任一個(gè)被壓下時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)并通過(guò)端口 P23輸入處理器30， 如此，處理器30將會(huì)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(huì)作詳細(xì)描述)O
接下來(lái)，配合圖21和圖22以分別說(shuō)明處理器的執(zhí)行自動(dòng)變速的工作流程以及速度切換的工作流程。
參照?qǐng)D21，同時(shí)配合參照?qǐng)D20所示，當(dāng)主開(kāi)關(guān)13閉合后(步驟711)，處理器端口 Pl接收到復(fù)位信號(hào)，從而處理器執(zhí)行初始化動(dòng)作(步驟71 。而后，處理器通過(guò)端口 3采集電池包的電壓信號(hào)(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(guò)放，不適于再進(jìn)行放電，從而可以阻斷端口 P12輸出PWM信號(hào)；如果否，表明電池包可正常使用，接下來(lái)，檢測(cè)速度模式開(kāi)關(guān)36目前所選擇的模式(步驟714)。如果速度模式開(kāi)關(guān)36選擇的是自動(dòng)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(kāi)輸入口 A、B，從而給電磁鐵裝置53通反向電流而驅(qū)動(dòng)推桿移動(dòng)到高速位置(步驟718)。如果速度模式開(kāi)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CN 102528123 A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(dòng)電磁鐵裝置而促使推桿移動(dòng)到高速位置(步驟719)。如果速度模式開(kāi)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(kāi)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(dòng)推桿移動(dòng)到低速位置(步驟720)。
接下來(lái)，通過(guò)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(shí)切斷供給馬達(dá)的電力；實(shí)時(shí)檢測(cè)電池包的電壓(步驟722)，并在電池包過(guò)放時(shí)切斷供給馬達(dá)的電力；檢測(cè)扳機(jī)開(kāi)關(guān)的按壓深度(步驟72 ；根據(jù)扳機(jī)開(kāi)關(guān)的按壓深度來(lái)輸出相應(yīng)的P麗信號(hào)(步驟724)；檢測(cè)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(guò)大，因此，為保護(hù)馬達(dá)，斷開(kāi)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)換檔步驟包括步驟733-步驟736。首先，為避免打齒，暫時(shí)停止向馬達(dá)提供電力(步驟733)，即處理器暫時(shí)阻斷端口 P12輸出信號(hào)，從而使馬達(dá)以及內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速降下來(lái)。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(kāi)輸入口 C、D，從而使電磁鐵裝置驅(qū)動(dòng)推桿從高速位置移動(dòng)到低速位置(步驟734)，并在移動(dòng)到低速位置時(shí)，觸發(fā)開(kāi)關(guān)S 5而使觸點(diǎn)Ll接通。然后，軟啟動(dòng)馬達(dá)(步驟 735)，即處理器通過(guò)端口 P12輸出的PWM信號(hào)逐步增加電壓信號(hào)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(hào)而設(shè)定低速標(biāo)記 (步驟736)，接下來(lái)，返回步驟721。需要說(shuō)明的是，由于內(nèi)齒圈在推桿的驅(qū)動(dòng)下從高速位置運(yùn)動(dòng)到低速位置需要一段時(shí)間，所以，在其他實(shí)施方式中，也可以是由處理器先驅(qū)動(dòng)電磁鐵裝置，然后在馬達(dá)暫停的步驟。在這個(gè)過(guò)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(dòng)力已經(jīng)不存在，如此，即使內(nèi)齒圈的速度還沒(méi)有降到零，但由于其不具有主動(dòng)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力，所以，可以與止轉(zhuǎn)裝置嚙合而很快靜止下來(lái)。
參照?qǐng)D22，并配合參照?qǐng)D20所示，當(dāng)處理器的端口 23接收到一個(gè)中斷信號(hào)時(shí)，處理器會(huì)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(guò)端口 21檢測(cè)馬達(dá)電流是否過(guò)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(cè)速度模式開(kāi)關(guān)目前處于何種模式(步驟754)。如果是自動(dòng)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(shí)相對(duì)于空載時(shí)馬達(dá)速度降低地更快，所以相比有負(fù)載時(shí)，空載時(shí)馬達(dá)電力切斷后，需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能使馬達(dá)停下來(lái)。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(lái)處理器驅(qū)動(dòng)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(dòng)馬達(dá)(步驟759、76幻，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M揭示了本發(fā)明變速工具的另一種實(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(dòng)裝置包括小電機(jī)陽(yáng)、和用于傳遞小電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出的一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。本實(shí)施方式中該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括具有一輸出軸561的小齒輪傳動(dòng)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。上述小電機(jī)55和小齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)56是指相對(duì)于傳統(tǒng)的電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如馬達(dá) 2和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4，其尺寸大大減小以為滿足特殊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圓形套筒58具有相對(duì)地設(shè)置在其圓周壁上的一對(duì)導(dǎo)引槽，用來(lái)收容并導(dǎo)引鋼絲套513的兩相對(duì)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、2!3b分別表示的是本實(shí)施方式中變速工具處于高速和低速狀態(tài)下。當(dāng)啟動(dòng)小電機(jī)55，相對(duì)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(guò)與圓形套筒58的外齒584間的配合驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)，鋼絲套513被導(dǎo)引槽的第三段582驅(qū)使而沿軸向運(yùn)動(dòng)，并且移動(dòng)件45隨鋼絲套513 —起沿軸向從一速度位置移動(dòng)到另一速度位置從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(guò)改變施加在H橋電路上的電流方向來(lái)改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向， 從而實(shí)現(xiàn)高速和低速之間的切換。另外，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(dòng)系統(tǒng)，如此，同樣可以達(dá)到速度切換的效果。
圖25和圖沈所示的是本發(fā)明電動(dòng)工具的驅(qū)動(dòng)裝置的另一實(shí)施方式。與上一實(shí)施方式類似的是，驅(qū)動(dòng)件仍采用小電機(jī)陽(yáng)，但傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卻不同。如圖25所示，在本實(shí)施方式中，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括由小電機(jī)55旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的螺桿565、設(shè)置在螺桿565和鋼絲套513之間并可被螺桿565驅(qū)動(dòng)而線形移動(dòng)的托架575、以及用于導(dǎo)引托架575的導(dǎo)引座586。如圖沈所示，螺桿565沿軸向延伸設(shè)置，其一端套設(shè)在小電機(jī)55的輸出軸(未標(biāo)示)上，另一端通過(guò)一連接套筒566可旋轉(zhuǎn)的設(shè)置在導(dǎo)引座586上。位于螺桿565的兩端之間的桿體上凸設(shè)有連續(xù)的螺旋狀凸紋5651。導(dǎo)引座586固定設(shè)置在齒輪箱47的底部，其形成有沿軸向延伸的導(dǎo)軌587。托架575包括底座576和由底座576兩側(cè)向上延伸出的一對(duì)側(cè)臂577，每一側(cè)臂的頂部凹設(shè)有卡槽5771，可相應(yīng)收容鋼絲套513的末端。托架575的底座576的頂部形成有導(dǎo)引槽5761，可與導(dǎo)引座586的導(dǎo)軌587配合而沿軸向滑移。底座576的底部凹陷形成有沿軸向延伸的凹槽5762，且凹槽5762的內(nèi)壁上進(jìn)一步凹陷形成有與螺桿565的螺旋狀凸紋5651相應(yīng)配合的螺旋槽5763。
小電機(jī)55啟動(dòng)后，螺桿565被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，繼而托架575被螺桿565驅(qū)動(dòng)，由于受到導(dǎo)引座586導(dǎo)軌587的導(dǎo)引，托架575沿軸向線性移動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)鋼絲套513沿線性移動(dòng)。從而，通過(guò)小電機(jī)55的旋轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)工具在高速和低速之間的切換。如之前所述的實(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(guò)改變施加在H橋電路上的電流方向來(lái)改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，從而實(shí)現(xiàn)高速和低速之間的切換。
當(dāng)變速工具在空載的情況下，無(wú)論是自動(dòng)換檔或者是通過(guò)信號(hào)發(fā)生裝置來(lái)觸發(fā)速度切換功能的過(guò)程中，控制單元降低馬達(dá)轉(zhuǎn)速或者控制電器開(kāi)關(guān)10切斷電源令馬達(dá)停轉(zhuǎn)， 齒輪組表面之間的應(yīng)力很小，其產(chǎn)生的摩擦力也很小，從而移動(dòng)件從高速位置移動(dòng)到低速位置或者從低速位置移動(dòng)到高速位置的時(shí)候齒輪之間的摩擦力很小，這樣移動(dòng)件運(yùn)動(dòng)所需要的驅(qū)動(dòng)力也會(huì)很小。但是，當(dāng)變速工具在負(fù)載的情況下，齒輪組之間要一直接觸并傳遞與負(fù)載相應(yīng)的扭矩，那么齒輪組之間就存在相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)進(jìn)行速度切換時(shí)，因?yàn)樨?fù)載和馬達(dá)內(nèi)阻的存在，齒輪組之間的內(nèi)應(yīng)力無(wú)法釋放，而移動(dòng)件從高速位置移動(dòng)到低速位置或者從低速位置移動(dòng)到高速位置的時(shí)候就要克服因齒輪組之間的內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生的摩擦力，如果驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力小就無(wú)法正確切換。
尤其是變速工具在負(fù)載的情況下，從低速到高速進(jìn)行切換時(shí)需要的切換力要大于從高速到低速進(jìn)行切換時(shí)需要的切換力。因?yàn)閺鸟R達(dá)到輸出軸的傳動(dòng)為減速傳動(dòng)，那么從輸出軸到馬達(dá)就可以看做是增速傳動(dòng)。參照?qǐng)D3a和圖北所示，在高速傳動(dòng)時(shí)，第一內(nèi)齒圈固定，移動(dòng)件，也就是第二內(nèi)齒圈旋轉(zhuǎn)。在低速傳動(dòng)時(shí)，第一內(nèi)齒圈固定，第二內(nèi)齒圈也與止轉(zhuǎn)裝置嚙合固定。因?yàn)閺鸟R達(dá)到輸出軸為減速傳動(dòng)，即從高速到低速為減速，從低速到高速為增速，由此可以看出，從低速到高速切換時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)力要大于從高速到低速的切換力。
本發(fā)明為解決這個(gè)問(wèn)題提出了兩種解決方案，以下分別進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明變速工具的驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)可靠切換的第一實(shí)施例是通過(guò)消除工作中齒輪組的內(nèi)應(yīng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該實(shí)施方式的主旨在于使第一內(nèi)齒圈48通過(guò)蓄能單元可旋轉(zhuǎn)的連接于機(jī)殼，蓄能后被限制繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。即在機(jī)殼和第一內(nèi)齒圈48之間設(shè)置蓄能單元，而第一內(nèi)齒圈48可以在一個(gè)平衡位置和一個(gè)蓄能位置之間旋轉(zhuǎn)，第一內(nèi)齒圈48旋轉(zhuǎn)到達(dá)蓄能位置后被限制朝遠(yuǎn)離平衡位置的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，蓄能單元始終向平衡位置施力于第一內(nèi)齒圈48，這樣就可以實(shí)現(xiàn)馬達(dá)斷電后第一內(nèi)齒圈48在蓄能單元的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)并能夠釋放齒輪之間的內(nèi)應(yīng)力。
當(dāng)馬達(dá)通電后，第一內(nèi)齒圈48從平衡位置向蓄能位置移動(dòng)，蓄能單元儲(chǔ)存能量， 蓄能單元蓄能后限制齒圈旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)輸出動(dòng)力；當(dāng)馬達(dá)電流被切斷后，蓄能單元能量被釋放并帶動(dòng)第一內(nèi)齒圈48從蓄能位置向平衡位置移動(dòng)。在這里，蓄能單元可以是壓簧或者扭簧等彈性元件，也可以是液壓缸或氣壓缸等驅(qū)動(dòng)元件。
優(yōu)選的實(shí)施方式參照?qǐng)D27到圖四所示，馬達(dá)2具有自馬達(dá)殼體向前延伸出的馬達(dá)軸觀，一連接盤(pán)20通過(guò)螺釘固定連接到馬達(dá)殼體的前端，并通過(guò)一對(duì)徑向延伸的凸塊 201固定在機(jī)殼(圖未示)中。一齒輪箱200與連接盤(pán)20相對(duì)固定連接，其具有沿軸向延伸的套筒，用于收容齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4，該齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4包括由第一行星輪40、第一內(nèi)齒圈 48、第一行星架41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。各行星輪組包括設(shè)置在相應(yīng)行星架的支架上的若干行星齒輪。
第一行星架41的外圓周上分布有外齒；第一行星架前端凸伸有第一太陽(yáng)輪，其延伸位于若干第二行星齒輪的中央并與各第二行星齒輪嚙合，調(diào)速環(huán)45的端齒可與設(shè)置于工具殼體上的止轉(zhuǎn)裝置44嚙合而確保兩者相對(duì)固定；調(diào)速環(huán)45的外圓周上設(shè)有容納鋼絲套513的環(huán)形槽453，驅(qū)動(dòng)件可帶動(dòng)鋼絲套513從而帶動(dòng)調(diào)速環(huán)45軸向運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)速度變換。第二行星架前端進(jìn)一步凸伸出第二太陽(yáng)輪，這樣馬達(dá)2運(yùn)行時(shí)，馬達(dá)軸觀驅(qū)動(dòng)第一行星齒輪40在第一內(nèi)齒圈48內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，如此馬達(dá)2輸出的轉(zhuǎn)速通過(guò)第一級(jí)減速系統(tǒng)由第一太陽(yáng)輪輸出，同理，第一太陽(yáng)輪作為旋轉(zhuǎn)輸入，通過(guò)第二級(jí)減速系統(tǒng)以及第三級(jí)減速系統(tǒng)最終由輸出軸輸出。在本實(shí)施方式中，減速機(jī)構(gòu)由兩級(jí)減速系統(tǒng)構(gòu)成來(lái)獲得所想要的輸出轉(zhuǎn)速， 在其他實(shí)施方式中，視所需要輸出的轉(zhuǎn)速，減速機(jī)構(gòu)可以只包括一級(jí)或三級(jí)減速系統(tǒng)，也可以包括更多級(jí)減速系統(tǒng)。
馬達(dá)軸觀延伸位于若干第一行星齒輪的中央并與各第一行星齒輪嚙合，而若干第一行星齒輪與第一內(nèi)齒圈48嚙合，并且第一內(nèi)齒圈48的端面分布有若干凹槽481，可與一撥盤(pán)四端面上形成的凸起291配合而確保兩者相對(duì)固定，撥盤(pán)四的另一端面不同徑向處設(shè)有第一凸腳292及第二凸腳四3，第一凸腳292和第二凸腳293分別收容在設(shè)置于連接盤(pán)20端面的不同徑向處的第一弧形槽202和第二弧形槽203內(nèi)，這樣第一內(nèi)齒圈48能夠與撥盤(pán)四一起相對(duì)于連接盤(pán)20在第一弧形槽202和第二弧形槽203的弧度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。第一弧形槽202內(nèi)收容有彈性元件沈0，彈性元件260優(yōu)選設(shè)置兩個(gè)，分別位于第一凸腳292兩端，這樣無(wú)論馬達(dá)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，撥盤(pán)四都可以旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一凸腳292與彈性元件260抵壓，從而使彈性元件260蓄能。第二弧形槽的兩端形成止擋部，撥盤(pán)四的旋轉(zhuǎn)可通過(guò)第二凸腳293卡在第二弧形槽203的兩端而被限制，雖然，無(wú)需設(shè)置第二弧形槽203和第二凸腳293也可以限制撥盤(pán)四的旋轉(zhuǎn)，但是有了第二弧形槽203和第二凸腳四3的限制可以防止第一內(nèi)齒圈48與撥盤(pán)四的旋轉(zhuǎn)使第一凸腳292過(guò)度壓縮彈性元件沈0，而第二弧形槽203的弧度范圍最好在30度到150度之間，可以對(duì)第二凸腳四3合理的限位同時(shí)使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。這里的彈性元件260優(yōu)選為壓縮彈簧。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，蓄能單元包括第一弧形槽202、第一凸腳292和兩個(gè)彈性件，設(shè)置兩個(gè)彈性件的目的是在馬達(dá)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)的時(shí)候蓄能單元都可以蓄能，即第一內(nèi)齒圈48具有兩個(gè)蓄能位置。而第二弧形槽203和第二凸腳293構(gòu)成了本發(fā)明的限位單元，限位單元可以和蓄能單元相對(duì)于連接盤(pán)同心設(shè)置，或者位于同一圓周上，或者位于不同的徑向位置。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思想到用其它結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如蓄能單元可以設(shè)置為兩個(gè)，相對(duì)于連接盤(pán)20的中心對(duì)稱設(shè)置；也可以設(shè)置三個(gè)，相對(duì)于連接盤(pán)20的圓周方向均勻分布，或者更多。同樣的，限位單元也可以設(shè)置為多個(gè)。而且，撥盤(pán)四可以和第一內(nèi)齒圈48 —體設(shè)置，連接盤(pán)20可以和機(jī)殼一體設(shè)置，當(dāng)然，單獨(dú)的設(shè)置撥盤(pán)四和連接盤(pán)20是為了便于制造和裝配。
下面將結(jié)合附圖對(duì)變速工具速度切換時(shí)齒輪組的內(nèi)應(yīng)力消除過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
參照?qǐng)D30所示，變速工具啟動(dòng)前，第一內(nèi)齒圈48處于一個(gè)平衡位置。變速工具啟動(dòng)后，馬達(dá)軸觀順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第二行星架43因?yàn)橛胸?fù)載暫且靜止，第一行星架41逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一齒圈48及撥盤(pán)四一起逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D31所示，轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，撥盤(pán)四上的第一凸腳292開(kāi)始?jí)嚎s彈簧，彈簧開(kāi)始蓄能，此時(shí)因?yàn)榈谝积X圈48的旋轉(zhuǎn)而沒(méi)有輸出動(dòng)力。參照?qǐng)D32所示，馬達(dá)2繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，第一齒圈48及撥盤(pán)四因?yàn)榈诙鼓_293被第二弧形槽203的其中一端限制而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，第一內(nèi)齒圈48處于一個(gè)蓄能位置，第一行星架41 開(kāi)始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并輸出動(dòng)力。參照?qǐng)D33所示，馬達(dá)2斷電后，馬達(dá)通過(guò)第一內(nèi)齒圈、撥盤(pán)作用于彈簧上的作用力消除，彈簧開(kāi)始復(fù)位并釋放能量，推動(dòng)撥盤(pán)四和第一齒圈48順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，第一齒圈48驅(qū)動(dòng)第一行星架41、第一行星輪40、馬達(dá)軸觀逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)直至彈簧存儲(chǔ)的能量完全釋放，但此時(shí)齒輪組之間仍然存在表面接觸，應(yīng)力依然存在。當(dāng)彈簧能量完全釋放后，撥盤(pán)四、第一齒圈48、行星輪和馬達(dá)軸各自因慣性繼續(xù)自由旋轉(zhuǎn)直至所有的慣性能量釋放。參照?qǐng)D34所示，各齒輪表面互相分離，齒面應(yīng)力不再存在，相當(dāng)于空載時(shí)齒與齒之間存在間隙，第一齒圈48又回到平衡位置，這樣驅(qū)動(dòng)裝置只要較小的驅(qū)動(dòng)力就可以實(shí)現(xiàn)高速到低速或者低速到高速的順利切換。
參照?qǐng)D35，是本發(fā)明變速工具的驅(qū)動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)可靠切換的第二實(shí)施例，其通過(guò)增大驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的可靠切換。馬達(dá)空載運(yùn)行時(shí)均有空載功率存在， 其作用是克服馬達(dá)的內(nèi)阻使其轉(zhuǎn)動(dòng)，本發(fā)明根據(jù)馬達(dá)的空載功率和齒輪機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比推出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)力大于等于1. 6N時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)順利切換。本發(fā)明尤其優(yōu)選的根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置在變速工具運(yùn)行時(shí)的推拉力實(shí)驗(yàn)來(lái)確定驅(qū)動(dòng)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)順利切換的最小的推拉力，具體的數(shù)據(jù)如下
權(quán)利要求
1.一種變速工具，包括機(jī)殼；馬達(dá)，設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，并輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；輸出軸；齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在馬達(dá)和輸出軸之間以將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)輸出傳遞到輸出軸上，其包括齒輪系和移動(dòng)件，所述移動(dòng)件可在第一位置和第二位置間移動(dòng)，且在第一位置和第二位置時(shí)，所述移動(dòng)件與所述齒輪系以不同的方式配合，從而齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以不同的減速比輸出馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，所述齒輪系包括至少一個(gè)齒圈；控制系統(tǒng)，包括與移動(dòng)件配合的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于在需要改變所述齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速比時(shí)切斷馬達(dá)電流，并驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)件在第一位置和第二位置之間切換；其特征在于所述齒圈通過(guò)至少一個(gè)蓄能單元可旋轉(zhuǎn)的連接于機(jī)殼，所述齒圈具有一個(gè)平衡位置和至少一個(gè)蓄能位置，所述齒圈旋轉(zhuǎn)到達(dá)蓄能位置后被限制繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，所述蓄能單元始終向所述平衡位置施力于所述齒圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述齒圈從平衡位置向蓄能位置移動(dòng)時(shí)蓄能單元儲(chǔ)存能量，所述齒圈從蓄能位置向平衡位置移動(dòng)時(shí)蓄能單元釋放能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述馬達(dá)通電時(shí)驅(qū)動(dòng)齒圈從平衡位置向蓄能位置移動(dòng)，所述馬達(dá)斷電時(shí)所述蓄能單元驅(qū)動(dòng)齒圈從蓄能位置向平衡位置移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的變速工具，其特征在于所述蓄能單元包括向所述平衡位置施力于所述齒圈的彈性件，所述彈性件一端連接機(jī)殼，另一端連接所述齒圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速工具，其特征在于所述馬達(dá)和齒圈之間設(shè)有固定在機(jī)殼上的連接盤(pán)以及固定連接在齒圈上的撥盤(pán)，所述彈性件一端抵接在連接盤(pán)上，另一端抵接在撥盤(pán)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速工具，其特征在于所述蓄能單元還包括設(shè)置在所述連接盤(pán)端面的第一弧形槽以及設(shè)置在所述撥盤(pán)端面的第一凸腳，所述彈性件為兩個(gè)，收容在第一弧形槽內(nèi)，所述第一凸腳也收容在第一弧形槽內(nèi)并位于兩個(gè)彈性件之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變速工具，其特征在于所述蓄能單元為兩個(gè)，相對(duì)于所述連接盤(pán)的中心對(duì)稱設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變速工具，其特征在于所述機(jī)殼和齒圈之間設(shè)有限位單元， 所述限位單元包括設(shè)置在所述連接盤(pán)端面的第二弧形槽以及設(shè)置在所述撥盤(pán)端面的第二凸腳，所述第二凸腳收容于所述第二弧形槽內(nèi)并能夠在第二弧形槽所限定的弧度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變速工具，其特征在于所述蓄能單元和所述限位單元相對(duì)于所述連接盤(pán)同心且位于不同的徑向位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的變速工具，其特征在于所述第二弧形槽的弧度在30度到 150度之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述控制系統(tǒng)還包括電子控制單元，所述電子控制單元用于檢測(cè)表征輸出軸負(fù)載的參數(shù)，在所述參數(shù)達(dá)到預(yù)定值后，所述電子控制單元切斷馬達(dá)電流，并且控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述變速工具還包括電子控制單元和觸發(fā)開(kāi)關(guān)，當(dāng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)被人為觸發(fā)時(shí)，一電信號(hào)生成并傳遞給電子控制單元，電子控制單元響應(yīng)該電信號(hào)而切斷馬達(dá)電流，并且控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種變速工具，包括機(jī)殼；馬達(dá)，設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)，并輸出旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；輸出軸；齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在馬達(dá)和輸出軸之間以將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)輸出傳遞到輸出軸上，其包括齒輪系和移動(dòng)件，移動(dòng)件可在第一位置和第二位置間移動(dòng)，從而齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以不同的減速比輸出馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，齒輪系包括至少一個(gè)齒圈；控制系統(tǒng)，包括與移動(dòng)件配合的驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置用于在需要改變齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速比時(shí)切斷馬達(dá)電流，并驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件在第一位置和第二位置之間切換；齒圈通過(guò)至少一個(gè)蓄能單元可旋轉(zhuǎn)的連接于機(jī)殼，齒圈具有一個(gè)平衡位置和至少一個(gè)蓄能位置，齒圈旋轉(zhuǎn)到達(dá)蓄能位置后被限制繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，蓄能單元始終向所述平衡位置施力于齒圈。
文檔編號(hào)B23B45/02GK102528123SQ20101061565
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張士松, 鐘紅風(fēng) 申請(qǐng)人:蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具有限公司