電動工具的制作方法
【專利摘要】一種電動工具包括主體控制單元(CP)，其中該主體控制單元用于對馬達(M)的輸出進行PWM控制。每當電壓測量單元(41)檢測到的電壓下降并且變得低于或等于預定的放電檢測電壓(S1)時，主體控制單元(CP)以與該電壓下降并且變得低于或等于預定值(S1)之前的占空比低的占空比來驅動馬達(M)。
【專利說明】電動工具【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動工具。
【背景技術】[0002]電動工具包括由可再充電電池構成的電池組(例如，參見日本特開2012-71362、日本特開平11-20187和日本特開2007-992)。
[0003]在這種電動工具中，期望消除由可再充電電池構成的電池組的過放電。因而，在電池組的輸出電壓變得低于預定值的情況下，電動工具使馬達停止從而停止電池組的放電。

【發明內容】

[0004]然而，電池組包括電池單元的內部阻抗以及配線之間的阻抗。隨著放電電流的增加，電池單元的內部阻抗以及配線之間的阻抗使電壓下降增大。這樣導致實際電池電壓降低。因而，盡管電池的實際充電狀態仍是充足的，但啟動馬達所使用的電流或馬達鎖定時所使用的電流的流動的生成可能會導致電池組的電壓低于或等于預定值并且使馬達停止。
[0005]本發明的目的是提供一種用于提高可操作性的電動工具。
[0006]本發明的一個方面是一種電動工具，包括:馬達；可再充電電池，用于向所述馬達供給電力；電壓測量單元，用于檢測所述可再充電電池的電池電壓；開關，其能夠由使用者進行操作，其中所述開關在由所述使用者進行了操作的情況下驅動所述馬達；以及控制單元，用于響應于所述開關的操作來對供給至所述馬達的電力進行控制。每當所述電壓測量單元檢測到的電壓下降并且變得低于或等于預定值的情況下，所述控制單元驅動所述馬達，從而生成比該檢測到的電壓下降并且變得低于或等于所述預定值之前的輸出小的輸出。
[0007]本發明提高了可操作性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明的一個實施例的電動工具的示意圖；
[0009]圖2是圖1所示的電動工具中的主體的示意結構圖；
[0010]圖3是圖1所示的電動工具中的電池組的立體圖；
[0011]圖4是說明圖1所示的電動工具的電氣結構的電路圖；
[0012]圖5是說明圖1所示的電動工具的操作示例的時序圖；
[0013]圖6是說明電動工具的變形例的操作示例的時序圖；
[0014]圖7是說明電池組的內部溫度和內部阻抗的關系的圖；以及
[0015]圖8是說明觸發開關的拉下量和根據不同限制值的占空比(馬達輸出)的關系的圖。
【具體實施方式】[0016]現在將參考附圖來說明電動工具10的一個實施例。
[0017]如圖1?3所示，可再充電型的電動工具10包括:主體11，其例如構成可再充電式鉆頭驅動器；以及電池組12，其以能夠移除的方式安裝至主體11。
[0018]如圖2所示，主體11包括大致筒狀的殼體21和把持部22，其中把持部22從殼體21的長度方向的中央部分向下延伸出。參考圖1和4，主體11包括馬達M、減速機構(未示出)和輸出單元24。馬達M容納在殼體21內并且用作負載。減速機構連接至馬達M并且包括齒輪系。輸出單元24能夠轉動地配置在殼體21的末端上。前端工具(刀頭)可以連接至輸出單元24的前端。馬達M經由減速機構將驅動力傳遞至輸出單元24。
[0019]如圖2所示，把持部22包括使用者用來使電動工具10工作和停止的觸發開關25。使用者調整觸發開關25的拉下量以調整供給至馬達M的電力量并且由此控制馬達M的轉動速度。
[0020]如圖1所示，主體11的把持部22的下端包括凹部或者容納電池組12的安裝部26。在安裝部26的壁上配置有電氣連接至電池組12的兩個受電電極Sal和Sa2。電池組12包括分別電氣連接至這兩個受電電極Sal和Sa2的兩個供電電極Sbl和Sb2。在將電池組12嵌合至安裝部26并且配置在預定位置處的情況下，電池組12的兩個受電電極Sal和Sa2以及兩個供電電極Sbl和Sb2在彼此接觸的狀態下電氣連接。
[0021]如圖3所示，電池組12包括主體和相對于該主體向上突出的插頭31。在插頭31的末端上配置有兩個供電電極Sbl和Sb2。在將插頭31嵌合至主體11的安裝部26的情況下，這兩個供電電極Sbl和Sb2分別壓接安裝部26的兩個受電電極Sal和Sa2。沒有限制如何將電池組12安裝至主體11。例如，在相對于主體11安裝和移除電池組12的情況下，電池組12可以在把持部22的下表面處在與把持部22大致垂直的方向上滑動。
[0022]參考圖3和4，電池組12包括配置在電池組12內的可再充電電池32。可再充電電池32包括串聯連接的多個電池單元Cel?Cen。電池組12可以是鋰離子可再充電電池、鎳金屬氫化物可再充電電池、或鎳鎘可再充電電池等。
[0023]圖4是示出本實施例中的可再充電式電動工具的電氣結構的框圖。
[0024]現在將說明電池組12的電氣結構。在圖3中，可再充電電池32使供電電極Sbl連接至供電電極Sb2。
[0025]現在將說明主體11的電氣結構。
[0026]如圖4所示，受電電極Sal連接至開關SW的觸點b和作為包括控制端子的開關元件的示例的PNP型晶體管Ql的發射極。開關SW的觸點a連接至馬達M的一個電力供給端子。開關SW的觸點c連接至馬達M的另一電力供給端子和作為包括控制端子的開關元件的示例的NPN型晶體管Q3的集電極。晶體管Q3的發射極連接至受電電極Sa2，并且晶體管Q3的基極連接至主體控制單元CP。代替功率晶體管Q3，可以使用場效應晶體管(FET)。
[0027]如圖4所示，晶體管Ql的集電極連接至主體控制單元CP，并且晶體管Ql的基極連接至作為包括控制端子的開關元件的示例的NPN型晶體管Q2的集電極。晶體管Q2的發射極接地，并且晶體管Q2的基極連接至二極管Dl的陰極和二極管D2的陰極。二極管Dl的陽極連接至開關SW的觸點a，并且二極管D2的陽極連接至主體控制單元CP。開關SW的觸點a還經由緩沖器BF連接至主體控制單元CP。
[0028]主體11包括電壓測量單元41和通知單元42。電壓測量單元41測量施加在兩個受電電極Sal和Sa2之間的電壓并且將該測量結果提供至主體控制單元CP。在電池組12處于過放電的情況下，通知單元42向使用者通知這種狀況。通知單元42包括諸如發光二極管等的用于發出光的發光部、以及用于驅動該發光部的驅動電路。通知單元42使發光部點亮以向使用者通知可再充電電池32 (電池組12)被過放電。通知單元42可以包括諸如蜂鳴器等的用于生成聲音的聲音生成部、以及用于驅動該聲音生成部的驅動電路。在這種情況下，通知單兀42從聲音生成部發出聲音以向使用者通知可再充電電池32被過放電。
[0029]開關SW被配置成與觸發開關25連動。在操作(拉下)觸發開關25時，開關SW的觸點a和觸點b相連接。在解除觸發開關25時，開關SW的觸點a和觸點c相連接。
[0030]在這種結構中，開關SW、緩沖器BF、晶體管Ql和Q2以及二極管Dl、D2構成供電控制單元。該供電控制單元開始和停止從可再充電電池32向著主體控制單元CP的電力供給。該供電控制單元還響應于在電池組12安裝至主體11時觸發開關25的操作來啟用主體控制單元CP。具體地，在電池組12安裝至主體11并且操作了觸發開關25的情況下，開關SW的觸點a和觸點b相連接。這樣將來自電池組12的電壓經由受電電極Sal供給至緩沖器BF。緩沖器BF將來自電池組12的電壓調整為主體控制單元CP的輸入電壓(例如，5V)并將該電壓供給至主體控制單元CP。換句話說，在操作了觸發開關25時，將緩沖器BF的輸出電壓從約OV的低電平切換至高電平(例如，約5V)。此外，開關SW的觸點a和b的連接使得將來自電池組12的電壓經由受電電極Sal和二極管Dl供給至晶體管Q2的基極。這樣啟用了晶體管Q2和Q1，并且將電力從電池組12經由受電電極Sal和晶體管Ql供給至主體控制單元CP。
[0031 ] 在從受電電極Sal供給有電力的情況下，主體控制單元CP開始進行用于使主體11工作的各種控制。然后，主體控制單元CP經由二極管D2向晶體管Q2的基極施加電壓，并且進行用于保持向著主體控制單元CP的電力供給的電力供給自保持控制。
[0032]在解除了觸發開關25的情況下，開關SW的觸點a和觸點b斷開。因而，沒有從電池組12經由受電電極Sal向緩沖器BF供給電壓。緩沖器BF將具有約OV的表示觸發開關25已被解除的低電平L的輸出電壓供給至主體控制單元CP。此外，不再從電池組12經由受電電極Sal和二極管Dl向晶體管Q2的基極施加電壓。然而，主體控制單元CP的電力供給自保持功能使得晶體管Q2保持啟用預定時間Tps。然后，在主體控制單元CP的電力供給自保持控制停止的情況下，停用晶體管Q2。這樣使晶體管Ql停用并且使從可再充電電池32向著主體控制單元CP的電力供給停止。根據規格來將預定時間Tps設置為例如30秒、I分鐘或2分鐘。還可以考慮觸發開關25被解除之后主體控制單元CP所控制的對象來設置預定時間Tps。優選地，考慮到觸發開關25被解除之后使用者利用設置輸入單元(未示出)來輸入馬達M的轉矩值和附加緊固量等所使用的時間、以及使通知單元42點亮以供使用者識別的時間，來設置預定時間Tps。
[0033]在本實施例中，觸發開關25包括配置在兩個受電電極Sal和Sa2之間的馬達M的電力供給線中的、諸如電位計等的可變電阻器。使該可變電阻器工作的操作軸根據觸發開關25的拉下量而轉動，并且施加至該可變電阻器的電壓根據操作軸的轉動而分壓。這樣將與拉下量相對應的分壓電壓作為操作信號提供至主體控制單元CP。
[0034]主體控制單元CP根據來自觸發開關25的操作信號對晶體管Q3的通電時間段進行控制，以控制馬達M的啟用和停用以及馬達M的轉動速度。例如，主體控制單元CP進行PWM控制以設置晶體管Q3的通電時間段。在該結構中，晶體管Q3構成脈沖控制單元43，其中該脈沖控制單元43根據主體控制單元CP的控制來控制馬達M所生成的轉動。
[0035]主體控制單元CP判斷電壓測量單元41測量到的電壓是否低于或等于預定的過放電電壓閾值SI。在電壓測量單元41測量到的電壓低于或等于過放電電壓閾值SI的情況下，主體控制單元CP利用脈沖控制單元43逐漸減少從兩個受電電極Sal和Sa2供給至馬達M的電力，然后停止向馬達M供給電力。
[0036]在解除觸了發開關25 (拉下量為零)的情況下，開關SW的觸點a連接至觸點C。這導致馬達M的電力供給端子發生短路，并且馬達M的轉動產生向該馬達M的轉動施加制動的反電動勢。
[0037]現在將參考圖4和5來說明電動工具10的基于電池電壓的操作示例。該操作降低了內部阻抗的影響。
[0038]如圖5所示，在時刻tl，使用者完全拉下觸發開關25，并且脈沖控制單元43以100%的占空比驅動馬達M以使電池組12(可再充電電池32)的電壓下降。在電池組12的電壓下降、并且在時刻t2變為低于或等于作為預定閾值的放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP將脈沖控制單元43的占空比減小為限制值Cl (例如，80%的占空比)。這樣使得流向馬達的負荷電流減少。圖8示出在設置三個限制值Cl?C3的情況下以及在不存在限制的情況下、相對于觸發開關25的拉下量的PWM占空比。如圖8所示，可以通過在完全拉下觸發開關25的狀態下限制占空比來限制流向馬達M的最大電流。這樣使由于電池組12內的內部阻抗所引起的電壓下降減少并且使電池組12的電壓上升。
[0039]在繼續使用電動工具10的情況下，電池組12的電壓再次下降。在電池組12的電壓下降并且在時刻t3變得低于或等于放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP使脈沖控制單元43的占空比減小為限制值C2(例如，60%的占空比)。這樣使流向馬達M的負荷電流減少，使由于電池組12內的內部阻抗所引起的電壓下降減少，并且使電池組12的電壓上升。
[0040]在進一步繼續使用電動工具10的情況下，電池組12的電壓再次下降。在電池組12的電壓下降并且在時刻t4變得低于或等于放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP使脈沖控制單元43的占空比減小為限制值C3 (例如，40%的占空比)，在本實施例中這對占空比施加了最大限制。這樣使流向馬達M的負荷電流減少，使由于電池組12內的內部阻抗所引起的電壓下降減少，并且使電池組12的電壓上升。然后，在占空比處于限制值C3的狀態下、電池組12的電壓再次下降并在時刻t5變得低于或等于放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP停用脈沖控制單元43以使馬達M停止。這樣抑制了電池組12的過放電。
[0041]現在將說明本實施例的優點。
[0042](I)主體控制單元CP對馬達M的輸出進行PWM控制。每當電壓測量單元41檢測到的電壓下降并且變得低于或等于作為預定值的放電檢測電壓Si時，主體控制單元CP以比電壓下降并變得低于或等于放電檢測電壓Si之前所使用的占空比低的占空比來驅動馬達M。這樣，每當檢測電壓變得低于或等于放電檢測電壓SI時，通過將占空比限制為較低值來減少流向馬達M的負荷電流。這樣使由于電池組12內的內部阻抗所引起的電壓下降減少，使電池組12的電壓上升，并且使得能夠繼續使用電動工具10。
[0043](2)在檢測到的電壓下降、并且在占空比處于向占空比施加了最大限制的限制值C3的時刻t5處變得低于或等于放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP停用脈沖控制單元43以使馬達M停止。這樣抑制了電池組12的過放電。
[0044]本領域技術人員應當顯而易見，可以在沒有背離本發明的精神或范圍的情況下以多種其它特定形式來體現本發明。特別地，應當理解，可以按以下形式來體現本發明。
[0045]在上述實施例中，可以檢測電池組12的溫度，并且僅在該溫度下降且變得低于或等于預定溫度X的情況下才可以進行圖5的控制。這是因為:如圖7所示，隨著電池組12的內部溫度的降低，內部阻抗增加，并且電池組12的電壓具有由于在電池組12的溫度較低時浪涌電流等的流動而下降并且變得低于或等于放電檢測電壓SI的趨勢。預定溫度X在電池組12是鋰離子電池的情況下可以約為5°C，但該值也是可以改變的。
[0046]在上述實施例中，為了改變馬達輸出，進行了改變占空比的PWM控制。然而，可以進行不同的處理以改變馬達輸出。
[0047]在上述實施例中，在完全拉下觸發開關25的情況下進行圖5所示的控制。作為代替，例如，可以進行圖6所示的控制。參考圖4和6，在時刻tll，使用者完全拉下觸發開關25，并且利用脈沖控制單元43使馬達M以100%的占空比工作。這樣使得電池組12 (可再充電電池32)的電壓下降。在電池組12的電壓下降并且在時刻tl2變得低于或等于作為預定閾值的放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP停用脈沖控制單元43以使馬達M停止。
[0048]在使用者解除觸發開關25并且在時刻tl3再次拉下觸發開關25的情況下，主體控制單元CP使脈沖控制單元43的占空比減小為限制值Cl (例如，80%的占空比)以減少流向馬達M的負荷電流。這樣使由于電池組12內的內部阻抗所引起的電壓下降減少并且使電池組12的電壓上升。
[0049]在進一步繼續使用電動工具10的情況下，電池組12的電壓再次下降。在電池組12的電壓下降并且在時刻tl4變得低于或等于放電檢測電壓SI的情況下，主體控制單元CP停用脈沖控制單元43并且停止馬達M。
[0050]在使用者解除觸發開關25并且在時刻tl5再次拉下觸發開關25的情況下，主體控制單元CP使脈沖控制單元43的占空比減小為限制值C2 (例如，60%的占空比)以減少流向馬達M的負荷電流。這樣使由于電池組12內的內部阻抗所引起的電壓下降減少并且使電池組12的電壓上升。
[0051]以與上述實施例相同的方式，在重復該控制、電池組12的電壓再次下降且變得低于或等于放電檢測電壓S1、并且占空比處于向占空比施加了最大限制的限制值C3的情況下，主體控制單元CP停用脈沖控制單元43以使馬達M停止。這樣抑制了電池組12的過放電。
[0052]在上述實施例中，主體控制單元CP根據電壓測量單元41測量到的電壓來檢測過放電。然而，代替電壓測量單元41，可以利用電池組12來檢測過放電，并且電池組12可以向主體控制單元CP通知檢測結果。例如，如圖4的虛線所示，主體11可以包括用于從電池組12接收過放電信號的主體側信號電極Sa3。主體側信號電極Sa3電氣連接至主體控制單元CP。此外，電池組12可以包括電池單元電壓測量單元33、電池控制單元34和電池側信號電極Sb3。電池單元電壓測量單元33測量η個電池單元Cel?Cen的電壓并且將測量結果提供至電池控制單元34。電池單元電壓測量單元33包括用于檢測各電池單元Cel?Cen的端子間電壓的阻抗分壓電路。在電池單元電壓測量單元33測量到的η個電池單元Cel?Cen的η個電壓的其中一個低于或等于電池單元的預定的過放電電壓SI的情況下，電池控制單元34輸出表示電池單元被過放電的過放電信號。在電池單元沒有過放電的情況下，電池控制單元34將表示電池單元沒有過放電的控制信號(例如，低電平的信號)提供至電池側信號電極Sb3。在電池單元被過放電的情況下(在電壓低于或等于電壓SI的情況下)，電池控制單元34將表示電池單元被過放電的控制信號(例如，高電平的信號、過放電信號)提供至電池側信號電極Sb3。如上述實施例那樣，主體控制單元CP基于控制信號來對脈沖控制單元43的占空比進行限制。
[0053]在上述實施例中，電動工具10用作為鉆頭驅動器，但例如還可以用作為沖擊起子、沖擊扳手、沖擊鉆孔器、振動鉆孔器、豎鋸或密封槍。
[0054]這些例子和實施例應被認為是示例性而并非限制性的，并且本發明不局限于這里給出的詳細內容，而且可以在所附權利要求書的范圍及其等同結構內對本發明進行修改。
【權利要求】
1.一種電動工具(10)，包括: 馬達(M)； 可再充電電池(32)，用于向所述馬達(M)供給電力； 電壓測量單元(S)，用于檢測所述可再充電電池(32)的電池電壓； 開關(25，SW)，其能夠由使用者進行操作，其中所述開關在由所述使用者進行了操作的情況下驅動所述馬達(M);以及 控制單元(41)，用于響應于所述開關(25，SW)的操作來對供給至所述馬達(M)的電力進行控制， 其中，所述電動工具的特征在于: 每當所述電壓測量單元(S)檢測到的電壓下降并且變得低于或等于預定值的情況下，所述控制單元(41)驅動所述馬達(M)，從而生成比該檢測到的電壓下降并且變得低于或等于所述預定值之前的輸出小的輸出。
2.根據權利要求1所述的電動工具，其特征在于， 所述控制單元(41)對所述馬達(M)的輸出進行脈沖寬度調制控制即PWM控制，以及每當所述電壓測量單元(S)檢測到的電壓下降并且變得低于或等于所述預定值的情況下，所述控制單元(41)進行所述PWM控制，從而以比該檢測到的電壓下降并且變得低于或等于所述預定值之前的占空比低的占空比來驅動所述馬達。
3.根據權利要求2所述的電動工具，其特征在于， 每當所述電壓測量單元(S)檢測到的電壓下降并且變得低于或等于所述預定值的情況下，所述控制單元(41)在使占空比按80%、60%和40%的順序依次降低的情況下驅動所述馬達(M)。
【文檔編號】H02J7/00GK103684148SQ201310407051
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2012年9月13日
【發明者】巖村則宏, 池田昌樹 申請人:松下電器產業株式會社