專利名稱：電動(dòng)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)工具，尤其是一種由馬達(dá)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)：
—種電動(dòng)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。電動(dòng)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，美國專利6431289號中介紹到，將行星齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)的兩個(gè)內(nèi)齒圈分別沿軸向可前后移動(dòng)地設(shè)置，從殼體外部用操作部件切換各內(nèi)齒圈的位置，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(shí)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(shí)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(dòng)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(shí)候，很容易造成內(nèi)齒圈與外殼止轉(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(gè)工具的使用壽命。 又如美國專利公告第6824491號揭示的自動(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。歐洲專利申請公開第EP0787931A1也公開了一種自動(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)系變化對應(yīng)輸出扭力的變化來實(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)裝置的齒會相互碰撞而很難嚙合，因此無法真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔及進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電動(dòng)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(dòng)切換的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
—種電動(dòng)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(dòng)力；
輸出軸； 齒輪傳動(dòng)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(gè)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(dòng)結(jié)構(gòu)配合來用于控制所述齒輪傳動(dòng)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，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過電子控制單元通過對驅(qū)動(dòng)裝置施加電流，來驅(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。


下面以電鉆中的變速機(jī)構(gòu)為例結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 圖1是本發(fā)明電動(dòng)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)明電動(dòng)工具處于高速檔位時(shí)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剖視圖。 圖3b是本發(fā)明電動(dòng)工具處于低速檔位時(shí)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剖視圖。 圖4a是本發(fā)明電動(dòng)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)明電動(dòng)工具的控制系統(tǒng)原理方框圖。 圖6是本發(fā)明電動(dòng)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)明電動(dòng)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)明電動(dòng)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)明電動(dòng)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(dòng)工具
的速度切換時(shí)機(jī)。 圖IO是本發(fā)明電動(dòng)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中所示電動(dòng)工具的電磁鐵裝置的剖視示意圖。 圖15是本發(fā)明電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(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。
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圖23a和圖23b是本發(fā)明電動(dòng)工具另一實(shí)施方式中的平面示意圖，其中電動(dòng)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是本發(fā)明另一實(shí)施方式中電動(dòng)工具和電池包插接前的立體視圖，其中電動(dòng) 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)施例方式
參照圖1至圖3b所示，是本發(fā)明電動(dòng)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。 一種電動(dòng)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3b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。
參照圖4a及圖4b所示，是本發(fā)明電動(dòng)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，其目的是通過控制電 磁鐵的電流方向來改變極性，來驅(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來作為 傳動(dòng)件51，通過伺服馬達(dá)525的正反轉(zhuǎn)來驅(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。 請進(jìn)一步參照圖5，是本發(fā)明電動(dòng)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 信號發(fā)生器35與處理器相連接，而于電動(dòng)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(dòng)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(dòng)換檔動(dòng)作，同時(shí)，驅(qū) 動(dòng)裝置會將檔位信號反饋給處理器30。在電動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)8的自動(dòng)換檔 控制功能，換言之，該功能開關(guān)36提供了電動(dòng)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)，則可斷開功能開關(guān)36，用手動(dòng)模式對電動(dòng)工具進(jìn) 行換檔操作。
當(dāng)電動(dòng)工具9處于自動(dòng)模式時(shí)，控制系統(tǒng)8的處理器30檢測電動(dòng)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(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(dòng)模式下仍然可以自行決定換檔的時(shí)間點(diǎn)，也可通過信號發(fā)生器35手動(dòng)輸入一個(gè)控制信號，使控制系統(tǒng)即時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換檔。
在自動(dòng)換檔過程中，控制單元3發(fā)出控制信號給驅(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)，就會造成移動(dòng)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。本發(fā)明為解決這個(gè)問題提出了三種解決方案，以下分別進(jìn)行說明。 參照圖6，是本發(fā)明電動(dòng)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(dòng)裝置控制電路33及檔位信號反饋電路34。在電動(dòng)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(dòng)工具開機(jī)時(shí)，處理器30控制電器開關(guān)10滯后一段時(shí)間(如O. ls)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)開始進(jìn)行鉆孔加工。負(fù)載檢測電路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)長時(shí)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(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(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(dòng)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(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，可以通過設(shè)定處理器的程序來解決，只有當(dāng)負(fù)載檢測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(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(gè)控制信號，從而即時(shí)開始執(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信號發(fā)生器輸入控制信號時(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，是本發(fā)明電動(dòng)工具控制系 統(tǒng)的控制單元第二實(shí)施例。在電動(dòng)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(dòng)換檔時(shí)，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(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)明電動(dòng)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，可以看出本發(fā)明精神主要在于控制單元3在 檢測到馬達(dá)2負(fù)載長時(shí)間超出預(yù)設(shè)值時(shí)，通過速度調(diào)制電路31對移動(dòng)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(shí)，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(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)換檔過程中的打齒問題。 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(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(dòng)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)，本發(fā)明的電動(dòng)工具的變速控制方法是，提供一種電動(dòng)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)載扭矩檢測步驟所述控制系統(tǒng)檢測電動(dòng)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(dòng)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，通過降低馬達(dá)的輸入電壓來降低馬達(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對本發(fā)明電動(dòng)工具的自動(dòng)速度切換的時(shí)機(jī)進(jìn)行說明。圖9所示的是 電動(dòng)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n
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iU和低速效率曲線iU在此交
會，其交點(diǎn)為nc。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)明電動(dòng)工具希望通過確定負(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l(wèi)H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) 載，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(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所示的是本發(fā)明電動(dòng)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(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)并可沿縱長方向線性移動(dòng)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(dòng)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
9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(dòng)架54和機(jī)殼21之間設(shè)有導(dǎo)引機(jī)構(gòu)。其中傳動(dòng)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(shí)，齒輪傳動(dòng)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(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54、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。配合參照圖3b所示，在此過程中，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)殼保持相對固定。此時(shí)，齒輪傳動(dòng)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(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(gè)位置滑移，分別對應(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(dòng)換檔，即通過電磁鐵的驅(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)該速度切換開關(guān)，對稱設(shè)置于機(jī)殼21的兩側(cè)，按下任何一個(gè)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中采用彈片式開關(guān)352，同樣，按下按壓片353，彈片3521與觸點(diǎn)3523接通，此時(shí)，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(shí)，即處于自動(dòng)模式時(shí)，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(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)，按下速度切換開關(guān)就可以觸發(fā)速度切換功能，從而高速模式會相應(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(shí)操作開關(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IO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(shí)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(dòng)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(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關(guān)，該實(shí)施方式中，電動(dòng)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，工具開機(jī)運(yùn)行后默認(rèn)在自動(dòng)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(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)入了由信號發(fā)生裝置控制的手動(dòng)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)生裝置及具體的速度切換方式可應(yīng)用于具有兩級以上的減速比切換，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)明電動(dòng)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(dòng)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l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(dòng)工具識別，從而確定相應(yīng)的電池包過放保護(hù)方式。 如圖20所示，同時(shí)可配合參照圖6所示，本實(shí)施方式中，電動(dòng)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)載檢測電路32、驅(qū)動(dòng)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(jì)時(shí)器(timer)、輸入/輸出端口 (I/Oport)P1-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(shí)，主電路被接通，通過直流電
11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 P20輸入處理器，且處理器從端口 Pl接收到一個(gè)復(fù)位信號而執(zhí)行初始化動(dòng)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(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，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(P麗，Pulse WidthModulation)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(dòng)器組成。其中功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器有若干三極管組成，其用于調(diào)節(jié)M0SFET的占空比，也就是說，功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收到的P麗信號，來提高或降低單個(gè)周期內(nèi)電壓信號的持續(xù)輸出時(shí)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10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(M0SFET， metallic oxidesemiconductor fieldeffecttransistor)。 處理器30的端口 P3可與電池包1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(shí)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(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)，為避免電池包過放而發(fā)生危險(xiǎn)，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(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)測馬達(dá)22的運(yùn)行狀態(tài)，處理器會實(shí)時(shí)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)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，來檢測熱敏電阻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(dòng)工具連接后由識別電阻386，以及電阻R13和R21組成的分壓電路。處理器端口 P7通過電阻R21連接在電阻R13和識別電阻386之間，用來感測識別電阻386上的壓降，從而確定電池包1的電壓，并執(zhí)行相應(yīng)的過放保護(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通過端口 P11、P9、PIO、 P6分別連接到H橋電路的四個(gè)輸入口 A、 B、 C、 D，該四個(gè)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，電磁鐵裝置5連接在功率開關(guān)元件Ql和Q2的連接點(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(gè)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(shí)，功率開關(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，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)H1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(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)Ll。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被斷開而觸點(diǎn)L1被接通，此時(shí)，端口 13會檢測到一個(gè)低電平信號，端口 14會檢測到一個(gè)高電平信號，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會檢測到一個(gè)低電平信號，端口 13會檢測到一個(gè)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(dòng)模式之間切換。如圖20所示，速度模式開關(guān)36是一個(gè)單刀三位開關(guān)，其具有三個(gè)觸點(diǎn)L2、H2、A，分別通過電阻R14、R15、R16連接到處理器的端口 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(shí)，處理器30檢測到端口 P24為低電平信號，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(dòng)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(shí)，處理器30不會調(diào)用并運(yùn)行自動(dòng)換檔的程序。
信號發(fā)生裝置35的兩個(gè)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(gè)被壓下時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)變速的工作流程以及速度切換的工作流程。 參照圖21，同時(shí)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
13PI接收到復(fù)位信號，從而處理器執(zhí)行初始化動(dòng)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P麗信號；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(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(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(dòng)推桿移動(dòng)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(shí)切斷供給馬達(dá)的電力；實(shí)時(shí)檢測電池包的電壓(步驟722)，并在電池包過放時(shí)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P麗信號(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(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P 12輸出信號，從而使馬達(dá)以及內(nèi)齒圈的轉(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(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)開關(guān)S5而使觸點(diǎn)Ll接通。然后，軟啟動(dòng)馬達(dá)(步驟735)，即處理器通過端口 P12輸出的P麗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。 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(gè)中斷信號時(shí)，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檢測馬達(dá)電流是否過大(步驟752)，如大于IOOA(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(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，需要更長的時(shí)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(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、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揭示了本發(fā)明電動(dòng)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(dòng)力的一小齒輪傳動(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。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(dòng)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(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，通過改變施加在H橋電路上的電流方向來改變電機(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所示的是本發(fā)明電動(dòng)工具的另一實(shí)施方式，在本實(shí)施方式中，電動(dòng)工具由電 池包1提供電力，電池包1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(dòng)工具的半邊機(jī)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(dòng)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(dòng)工具的機(jī)殼內(nèi)靠近
15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緊過程并在擰緊時(shí)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(shí)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(dòng)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，如此可以大大減少硬件成本。
權(quán)利要求
一種電動(dòng)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(dòng)力；輸出軸；齒輪傳動(dòng)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(gè)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(dòng)結(jié)構(gòu)配合來用于控制所述齒輪傳動(dòng)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1所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述齒輪傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)工具，其特征在于所述切換件包括內(nèi)齒圈，在第一位置時(shí)，所述內(nèi)齒圈同時(shí)與所述行星輪和行星架嚙合；在第二位置時(shí)，所述內(nèi)齒圈僅與所述行星輪嚙合。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述齒輪傳動(dòng)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(shí)，所述移動(dòng)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(dòng)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(dòng)所述切換件在第一位置和第二位置間線性移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；所述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(dòng)裝置施加電流從而驅(qū)動(dòng)所述切換件在第一位置和第二位置間移動(dòng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置包括電磁鐵裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)裝置包括小電機(jī)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(dòng)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1所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述電動(dòng)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)扳機(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1所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述電動(dòng)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(shí)夾持工作頭。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)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(dòng)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)，所述第二電路板設(shè)置在機(jī)殼內(nèi)靠近電池包的一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動(dòng)工具，包括馬達(dá)，輸出軸，連接馬達(dá)和輸出軸的齒輪傳動(dòng)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(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置具有可在齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中第一位置與第二位置之間移動(dòng)的移動(dòng)件，且當(dāng)該移動(dòng)件位于第一位置與第二位置時(shí)，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(shí)，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。本發(fā)明的電動(dòng)工具可以解決自動(dòng)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。
文檔編號F16H3/44GK101786268SQ200910028938
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22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(shí)得電動(dòng)工具有限公司