CN103270674A - 电动工具 - Google Patents

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内田洋树
武田岳史
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Hitachi Koki Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电动工具，其包括：电机，所述电机包括转子、包括多个齿的定子和缠绕在所述多个齿上的线圈；前端工具，被配置为被电机的输出驱动；驱动电路，被配置为将驱动电压供应至电机的线圈；控制单元，被配置为控制驱动电路的操作；以及扳柄开关，被配置为控制电机的启动和旋转，其中第一线圈和第二线圈安装在所述多个齿上作为线圈，并且其中所述控制单元根据扳柄开关的勾动量控制驱动电压对第一线圈和第二线圈的供应。

Description

电动工具
技术领域
本发明的多个方面涉及一种使用包括线圈的电机的电动工具。具体地说，本发明的多个方面涉及一种包括电机的电动工具，所述电机包括两种或更多种线圈，其中通过根据工作状况切换将被使用的线圈来控制电机的驱动。
背景技术
近来，已在通过利用电机转动前端工具（诸如钻头或起子）执行要求的工作的电动工具中使用无刷电机。无刷电机例如是不具有换向电刷的DC（直流）电机。在无刷电机中，在定子侧使用线圈（绕组）并且在转子侧使用永磁体，通过连续地向预定线圈施加通过逆变器电路产生的电压使转子旋转。在设置在无刷电机附近的电路板上设置开关元件，用以在将电力供应或不供应到缠绕在定子上的线圈之间切换。例如，在JP4487836B中，开关元件设置在附接在无刷电机的后侧（与前端工具相对）的大致圆形的电路板上。
图15示出了在现有技术的电动工具中使用的电机定子结构。定子204包括定子芯241和线圈261-1至261-6，线圈261-1至261-6缠绕在形成在定子芯241上的多个齿244-1至244-6上。通过沿轴向叠置若干片诸如钢板的薄金属板将定子芯241制造为具有大致圆柱形外形，并且定子芯241具有从圆柱体部分沿着圆周以预定间隔沿径向向内延伸的齿244-1至244-6。齿244-1至244-6的最内侧部分形成为弧形，与圆柱形定子（未示出）间隔有小的间隙，并且通过将铜线在齿244-1至244-6上缠绕预定次数来形成线圈261-1至261-6。虽然在图15中在线圈261-1至261-6之间未示出连接线，但相对的线圈彼此连接，以使得线圈261-1和261-2形成U相，线圈261-3和261-4形成V相，并且线圈261-5和261-6形成W相。U相、V相和W相的每个的一侧连接至逆变器电路的预定开关元件，并且它们的另一侧彼此连接。
图16是示出根据现有技术的电机的驱动控制***的电路构造的框图。三个位置检测元件33在通过包括星形连接的线圈261（U相、V相和W相）的定子而旋转的转子5周围以预定间隔（例如以60度）沿周向设置，以检测旋转位置。基于来自各位置检测元件33的旋转位置检测信号控制逆变器电路269，并且定子绕组（U相、V相和W相）的导电方向和时间受到控制，从而使电机旋转。
在逆变器电路269中包括的电子部件中，包括以三相桥式连接的六个诸如场效应晶体管（FET）的开关元件Q1至Q6。可按桥式连接的六个开关元件Q1至Q6的栅极连接至控制信号输出电路279，而开关元件Q1至Q6的漏极或源极连接至星形连接的定子绕组的U相、V相和W相。因此，利用从控制信号输出电路279输入的开关元件驱动信号（驱动信号H4、H5和H6）来切换开关元件Q1至Q6，从而将电池11施加到逆变器电路269的DC电压供应至定子绕组U相、V相和W相作为三相（U相、V相和W相）电压Vu、Vv和Vw。
根据扳柄8a的操作量（冲程），计算单元71为开关元件中的三个负电源侧开关元件Q4、Q5和Q6供应用于驱动六个开关元件Q1至Q6的栅极的驱动信号（三相信号），作为脉宽调制信号（PWM信号）H4、H5和H6。此外，计算单元71通过基于扳柄8a的操作量（冲程）的检测信号改变PWM信号的脉宽（占空比）来调节电机3的供电量。
发明内容
技术问题
在现有技术的电机中，线圈261-1至261-6分别缠绕在齿244-1至244-6上并连接至例如逆变器电路。在电机的旋转控制中，通过利用微计算机用PWM控制逆变器电路来执行精确控制。然而，在现有技术的电机的旋转控制中，仅执行诸如改变供应至U相、V相和W相的驱动电压的定时和改变PWM控制的情况之类的电力控制。
鉴于上述背景提出本发明。本发明的一个目的是提供一种电动工具，其包括电机，所述电机包括多个线圈，并且通过在各线圈之间进行有效的切换来控制所述电机。
本发明的另一目的是提供一种电动工具，其包括电机，所述电机包括多个线圈，其中所述电机的各线圈可根据开关扳柄的勾动量来自动切换。
本发明的另一目的是提供一种电动工具，其利用包括多个线圈的无刷DC电机通过将线圈的切换控制与PWM控制结合实现了电机的宽控制范围。
解决方案
本文限定的本发明中的代表性特征如下。
根据本发明的第一方面，提供了一种电动工具，其包括：电机，所述电机包括转子、包括多个齿的定子和缠绕在所述多个齿上的线圈；前端工具，其被配置为通过电机的输出被驱动；驱动电路，其被配置为将驱动电压供应至电机的线圈；控制单元，其被配置为控制驱动电路的操作；和扳柄开关，其被配置为控制电机的启动和旋转，其中第一线圈和第二线圈安装在所述齿上作为所述线圈，并且其中所述控制单元根据扳柄开关的勾动量来控制驱动电压对第一线圈和第二线圈的供应。
根据本发明的第二方面，提供了一种电动工具，其包括：定子，其包括多个齿、固定至所述多个齿的每个的第一线圈和固定至所述多个齿的每个的第二线圈，第二线圈与第一线圈不同；转子，其可相对于定子旋转；前端工具，其被配置为由转子驱动；和开关，其被配置为对导通第一线圈还是导通第二线圈进行切换。
根据本发明的第三方面，提供了一种电动工具，其包括：电机，该电机包括具有多个齿的定子和可相对于定子旋转的转子；前端工具，其连接至定子并被配置为受驱动；和壳体，其被配置为容纳电机，其中第一线圈和与第一线圈不同的第二线圈缠绕在所述多个齿上。
有益效果
根据第一方面，由于所述多个齿设有第一线圈和第二线圈并且控制单元根据扳柄开关的勾动量来控制驱动电压对第一线圈和第二线圈的供应，因此可根据扳柄开关的位置改变电机的特性。因此，可实现工人可容易使用的电动工具。
根据第二方面，所述电机包括：定子，其具有包括在所述多个齿上的不同匝数的第一和第二线圈；和开关，其被配置为在第一线圈和第二线圈之间切换导电。因此，可通过所述开关切换将导电的线圈，从而可通过所述开关改变电机的特性。
根据第三方面，由于第一线圈和第二线圈二者均缠绕在所述多个齿上，因此可实现具有紧凑结构的电动工具。
附图说明
图1是根据本发明的示例实施例的冲击起子1的内部结构的剖视图；
图2是根据示例实施例的冲击起子1的外观的侧视图；
图3是图1中所示的电机3的定子4的主视图；
图4是示出根据示例实施例的冲击起子1的控制过程的流程图；
图5是示出根据示例实施例的冲击起子1的驱动控制***的电路构造的框图；
图6是示出根据示例实施例的电机3的切换线圈的控制过程的示意性框图；
图7是示出根据示例实施例的开关电路8的内部结构的电路图（当扳柄的勾动量较小时）；
图8是示出在图7所示的状态下将驱动电力供应至线圈的路径的示图；
图9是示出根据示例实施例的开关电路8的内部结构的电路图（当扳柄的勾动量较大时）；
图10是示出在图9所示的状态下将驱动电力供应至线圈的路径的示图；
图11是示出根据本发明的第二示例实施例的电机3的驱动控制***的电路构造的框图；
图12是示出根据本发明的第二示例实施例的电机3的开关线圈的控制过程的示意性框图；
图13是示出将驱动电力供应至第二示例实施例中的线圈的路径的示图；
图14是示出将驱动电力供应至第二示例实施例中的线圈的路径的另一示图；
图15是现有技术的电动工具中的电机3的定子的主视图；以及
图16是示出现有技术的电动工具中的驱动控制***的电路构造的框图。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的示例实施例。在以下描述中，假设上下方向和前后方向对应于在附图中定义的方向。图1是示出电动工具的内部结构的示图，其为根据本发明的电动工具的示例实施例。在当前示例实施例中以冲击起子1为例来说明电动工具。
冲击起子1通过利用作为电源的可充电电池11和作为驱动源的电机3来操作旋转-打击机构21将旋转力和打击力施加到作为输出轴的砧30。冲击起子1通过间歇地将旋转-打击力传递至保持在被套筒31覆盖的安装孔30a中的诸如起子头的前端工具（未示出）来执行螺钉紧固操作或螺栓紧固操作。
电机3是无刷DC电机，它是一种所谓的四极六槽电机，其中两组永磁体设置在内圆周表面上，并且具有六个槽的定子4设置在外圆周表面上。同时，本发明不限于四极六槽电机，而是可使用具有不同数量的极和槽的其它电机。电机3容纳在壳体2的圆柱形主体2a中，壳体2在侧视图中具有大致T形。电机的转轴7通过设置在壳体2的主体2a的中心附近的轴承19a和设置在壳体2的主体2a的后端的轴承19b被可旋转地保持。安装在与转轴7相同的轴上并与电机3同步地旋转的转子扇13设置在电机3之前，并且用于驱动电机3的逆变器电路板12设置在电机3之后。
通过转子扇13产生气流，并且气流从空气吸入口17a和狭缝（图2中的狭缝17b）被引入到主体2a中，所述狭缝形成在逆变器电路板12周围的壳体上并将在稍后描述。引入的气流主要穿过转子5和定子4之间，并从转子扇13的后侧吸入以沿着转子扇13的径向流动。随后，气流从狭缝（图2中的狭缝18）被排放到壳体2之外，所述狭缝形成在转子扇13周围的壳体上并将在稍后描述。逆变器电路板12是具有与电机3的外形基本相同的形状的大致圆形的双面基底，并且多个诸如FET（场效应晶体管）的开关元件14和多个诸如孔IC的位置检测元件33安装在所述板上。
套筒36和转子扇13安装在与转轴7相同的轴上，位于转子5和轴承19a之间。转子5包括产生磁路的磁体5a。套筒36可由例如塑料或金属制成，但当其由金属制成时，其优选地由不影响转子5的磁路的非磁体制成。当必要时，在套筒36的外圆周表面上形成用于校正平衡的凹槽。
转子扇13通过例如塑料模塑一体地形成，并且其为从后部内圆周部分吸入空气并在前部将空气沿径向排放到外侧的离心式风扇。塑料间隔件35设置在转子5和轴承19b之间。间隔件35呈大致圆柱形并在轴承19b和转子5之间限定了间隙。对于同轴地设置逆变器电路板12和限定用于冷却开关元件14的气流的通道所需的空间来说，该间隙是重要的。
扳柄8a设置在从壳体2的主体2a基本按照直角一体地延伸的手柄部分2b内部的上部。开关电路8设置在扳柄8a下方。具有通过勾动扳柄8a来控制电机3的速度的功能的控制电路板9容纳在手柄部分2b内部的下部，并且其电连接至电池11和扳柄8a。控制电路板9通过信号线连接至逆变器电路板12。诸如镍镉电池或锂离子电池的电池11以可拆卸的方式安装在手柄部分2b下方。
旋转-打击机构21包括行星齿轮减速机构22、心轴27和锤24，并且后端由轴承20保持而前端由金属29保持。随着扳柄8a被勾动从而电机3启动，电机开始沿着通过向前向后切换杆10设置的方向旋转，并且旋转力通过行星齿轮减速机构22减小并传递至心轴27，以使得心轴27以预定速度旋转。心轴27和锤24通过凸轮机构连接，凸轮机构由形成在心轴27的外圆周表面上的V形心轴凸轮槽25、形成在锤24的内圆周表面上的锤凸轮槽28和安装在心轴凸轮槽25和28中的球26构成。
锤24通过弹簧23总是向前偏置。当锤24停止时，通过球26与心轴凸轮槽25和28的配合，在锤24和砧30的端部表面之间具有间隙。在彼此面对的锤24和砧30的各旋转平面中的每个上，在两个位置处对称地形成突起（未示出）。
随着心轴27的旋转，旋转通过凸轮机构被传递至锤24，并且在锤24旋转半周之前，锤24的突起耦接至砧30的突起以使砧30旋转。此时，心轴27和锤24通过耦接反作用力相对于彼此旋转，锤24开始朝向电机向后移动，同时沿着凸轮机构的心轴凸轮槽25压缩弹簧23。
当锤24的突起通过锤24的向后运动而滑过了砧30的突起以释放锤24和砧30之间的耦接时，锤24通过心轴27的旋转力和弹簧23的压紧力向前移动，同时通过在弹簧23中积累的弹性能和凸轮机构的操作沿着旋转方向和向前快速加速。然后，锤24的突起再次耦接至砧30的突起并开始一体地旋转。由于在这个过程中强烈的旋转-打击力被施加到砧30上，因此旋转-打击力通过安装在砧30的安装孔30a中的前端工具（未示出）传递至螺钉。然后，重复相同的操作，并且旋转-打击力被间歇地从前端工具传递至螺钉，以使得螺钉***并紧固至将被紧固的物体（未示出），诸如木头。
图2是示出根据当前示例实施例的冲击起子1的外观的侧视图。在图2中，进气狭缝17b形成在壳体2的主体2a的逆变器电路板12的外圆周表面上，并且多个狭缝18形成在转子扇13的外圆周表面上。
接下来，参照图3描述根据当前示例实施例的相对于定子布置的线圈的状态。定子4在具有大致圆柱形外形的定子芯41的内圆周上具有六个齿44-1至44-6，并且通过将铜线缠绕在各齿上来构造线圈6。在示例实施例中，由缠绕在齿44-1至44-6的内圆周表面上的线圈61-1至61-6和缠绕在这些齿的外圆周表面上的线圈62-1至62-6构成线圈6。线圈61-1至61-6通过星形连接进行连接以形成U相、V相和W相。类似地，线圈62-1至62-6通过星形连接进行连接以形成U1相、V1相和W1相。
通过开关元件14将基于位置检测元件33的位置检测信号以120度电角的导电周期控制的电流供应至线圈61（U相、V相和W相）或线圈62（U1相、V1相和W1相）。虽然在图3中未示出，但是转轴7和转子5被可旋转地保持在定子4的内圆周表面上。齿44-1至44-6的内圆周表面与圆柱形转子5的外圆周表面以小的间隙隔开地定位，并且各齿的内圆周表面的形状是弯曲的，以对应于转子5的外圆周表面。
优选地，在通过冲切高硅钢板制成的叠置的金属芯中制备定子芯41，以形成六个齿44-1至44-6，如图3所示，然后将它们沿轴向叠置。用于将逆变器电路板12固定至电机3的四个螺孔43形成在定子芯41上。
接下来，参照图4的流程图描述根据当前示例实施例的冲击起子1的控制过程。在当前示例实施例的冲击起子1中，将第一线圈（线圈61-1至61-6）和第二线圈（线圈62-1至62-6）的任一组选为根据扳柄8a的勾动量（勾动值）来导电的线圈。
当在电池11安装在冲击起子1中之后未勾动扳柄8a时，电力不供应至电机3的线圈，从而电机3停止（步骤81）。在该状态下，在工人将前端工具放置在诸如螺钉的紧固件上之后，控制单元检测扳柄8a是否被工人勾动，也就是说，扳柄开关是否是接通的（步骤82）。当开关是接通的时，按照“布线规格1”供应电力，从而将电压供应至线圈61-1至61-6（步骤83）。当在步骤82中扳柄非接通时，处理返回到步骤81。
控制单元监视工人对扳柄8a的勾动量并确定扳柄8a的勾动量是否等于预定阈值（即“扳柄勾动量切换点”）或更大（步骤84）。当确定监视到的扳柄勾动量等于或大于所述切换点时，按照“布线规格2”供应电力，从而将驱动电压供应至线圈62-1至62-6，并且所述处理返回至步骤84（步骤85）。在步骤84，当扳柄8a的勾动量等于或小于步骤84中的所述切换点时，所述处理返回至步骤82。
当工人在步骤85的控制之后释放扳柄8a时，扳柄的勾动量在步骤84变为切换点或更小，以使得所述处理返回至步骤82。在步骤82，扳柄8a断开，从而所述处理返回至步骤81，即备用状态。
如上所述，在当前示例实施例中，可基于扳柄8a的勾动量来切换电机的将被使用的线圈。例如，执行切换以切换到用于低转数范围的高转矩输出的线圈，并且当扳柄8a的勾动量等于或大于预定值时，执行另一切换以切换到用于高转数输出的线圈。结果，可容易地切换电机的输出特性而不需要复杂的切换操作，从而实现适用于多种目的的电动工具。
接下来，参照图5描述电机3的驱动控制***的构造和操作。图5是示出电机的驱动控制***的构造的框图，并且在当前示例实施例中，电机3是三相无刷DC电机。无刷DC电机是所谓的内转子式，其包括：转子5（见图1），其具有带N极和S极的多组（在当前示例实施例中，为两组）磁体5a（见图1）；定子4，其由星形连接的两组三相定子绕组（U相、V相、W相，以及U1相、V1相和W1相）构成；和三个位置检测元件33，它们以预定间隔（例如，按照60度）沿圆周布置，以检测转子5的旋转位置。基于来自各位置检测元件33的旋转位置检测信号控制定子绕组（U相、V相和W相，以及U1相、V1相和W1相）的导电方向和时间，从而使电机3旋转。各位置检测元件33设置在逆变器电路板12上的与转子5的磁体5a相对的位置处。
安装在逆变器电路板12上的电子部件包括按照三相桥式连接的十二个开关元件Q1至Q12（诸如FET）。虽然常见的逆变器电路使用六个开关元件Q1至Q6和定子绕组（U相、V相和W相），但在当前示例实施例的电机3中，另外设有星形连接至定子4的定子绕组（U1相、V1相和W1相），并且这两组线圈并联连接。与现有技术相比，还提供了六个开关元件Q7至Q12。
可按照桥式连接的十二个开关元件Q1至Q12的栅极连接至安装在控制电路板9上的控制信号输出电路79，而开关元件Q1至Q12的漏极或源极连接至星形连接的定子绕组的U相、V相、W相、U1相、V1相和W1相。因此，通过从控制信号输出电路79输入的切换元件驱动信号（驱动信号H4、H5和H6或驱动信号H10、H11和H12）来切换开关元件Q1至Q12，以将施加到逆变器电路69的电池11的DC电压供应至定子绕组U相、V相和W相作为三相（U相、V相和W相）电压Vu、Vv和Vw，或供应至定子绕组U1相、V1相和W1相作为三相（U1相、V1相和W1相）电压Vu1、Vv1和Vw1。
当扳柄8a的扳柄操作量（冲程）等于或小于预定值时，选择六个开关元件Q1至Q6，并且在驱动这六个开关元件的栅极的开关元件驱动信号（三相信号）中，为三个负电侧开关元件Q4、Q5和Q6供应脉宽调制信号（PWM信号）H4、H5和H6。利用安装在控制电路板9上的计算单元71，通过基于扳柄8a的操作量（冲程）的检测信号改变PWM信号的脉宽（占空比）来调节电机3的供电量。在这种状态下，由于开关元件Q7至Q12非导通，因此驱动电压不供应至U1相、V1相和W1相。
相似地，当扳柄8a的操作量（冲程）等于或大于预定值时，选择六个开关元件Q7至Q12，并在驱动这六个开关元件的栅极的开关元件驱动信号（三相信号）中，为三个负电侧开关元件Q10、Q11和Q12供应PWM信号H10、H11和H12。利用安装在控制电路板9上的计算单元71，通过基于关于扳柄8a的操作量（冲程）的检测信号改变PWM信号的脉宽（占空比）来调节电机3的供电量。在这种状态下，由于开关元件Q1至Q6非导通，因此驱动电压不供应至U相、V相和W相。
这里，PWM信号供应至逆变器电路69的正电侧开关元件Q1至Q3和负电侧开关元件Q4至Q6之一，并且针对开关元件Q1至Q3或开关元件Q4至Q6执行高速切换。结果，针对定子绕组U相、V相和W相将从电池11的DC电压供应的电力受到控制。相似地，PWM信号供应至逆变器电路69的正电侧开关元件Q7至Q9和负电侧开关元件Q10至Q12之一，并针对开关元件Q7至Q9或开关元件Q10至Q12执行高速切换。结果，针对定子绕组U1相、V1相和W1相将从电池11的DC电压供应的电力受到控制。
同时，在当前示例实施例中，如上所述，将从控制信号输出电路79对其供应开关元件驱动信号的对象被控制为切换至Q1至Q6和Q7至Q12之一。利用在计算单元71中包括的微计算机（未示出），通过软件控制来执行这种切换。在当前示例实施例中，由于PWM信号供应至切换的开关元件组中的负电侧开关元件Q4至Q6或Q10至Q12，因此可通过控制PWM信号的脉宽，通过调节针对定子绕组U相、V相、W相或U1相、V1相、W1相供应的电力，来控制电机3的旋转速度。
用于改变电机3的旋转方向的向前向后切换杆10设置在冲击起子1中，并且每当检测到向前向后切换杆10的改变时，旋转方向设置电路78就改变电机3的旋转方向并将控制信号传输至计算单元71。虽然未示出，但计算单元71包括：CPU，其基于处理程序和数据输出驱动信号；ROM，其存储处理程序或控制数据；RAM，其临时存储数据；和计时器。
控制信号输出电路79基于旋转方向设置电路78和转子位置检测电路73的输出信号产生交替地切换预定开关元件Q1至Q6或Q7至Q12的驱动信号，并将所述驱动信号输出到控制信号输出电路79。因此，驱动电流被交替地供应至定子绕组U相、V相和W相或U1相、V1相和W1相的预定线圈，以使得转子5沿设定的旋转方向旋转。在这种情况下，基于施加电压设置电路76的输出控制信号，施加到逆变器电路69的负电侧开关元件Q4至Q6的驱动信号被输出作为PWM调制信号。通过电流检测电路75测量供应至电机3的电流值，并且测量到的值被反馈到计算单元71并被调节为设定驱动电力。同时，PWM信号可供应至正电侧开关元件Q1至Q3或Q7至Q9。
测量开关元件Q1至Q12的温度的温度传感器72a设置在逆变器电路69中，并且温度升高测量电路72持续监视开关元件Q1至Q12的温度或它们周围的温度。监视到的值被输出到计算单元71。计算单元71在确定温度已升高至预定参考值或更高时给出警告并限制电机3的旋转或者使电机3停止。
接下来，参照图6描述了根据当前示例实施例的电机3的控制切换元件。当扳柄8a被勾动预定量时，信号通过施加电压设置电路76（见图5）输入到计算单元71。通过布线切换设置电路77（见图5）检测扳柄8a的勾动量，并监视勾动量是否超过预定量。
当扳柄的勾动量较小时，如方框86所示，执行对导通开关元件Q1至Q3和开关元件Q4至Q6之一的控制。该控制允许仅通过利用定子绕组U相、V相和W相使电机3旋转，以使得位置检测元件33的输出用于使得U相、V相和W相中的两个通过扳柄彼此导通，如方框87所示。定子绕组U相、V相和W相是适于转子5的低速旋转的线圈，并且其通过利用定子绕组可实现高旋转转矩。
当扳柄的勾动量较大时，如方框88所示，执行对导通开关元件Q7至Q9和Q10至Q12的任一个的控制。该控制允许仅通过利用定子绕组U1相、V1相和W1相使电机3旋转，以使得位置检测元件33的输出用于使得U1相、V1相和W1相中的两个通过扳柄彼此导通，如方框89中所示。定子绕组U1相、V1相和W1相是适于转子5的高速旋转的线圈。通过利用它们，电机可高速旋转。因此，可实现高旋转转矩，并以高速打击物体，从而实现高耦接转矩。
图7是示出与扳柄8a连接的切换电路8的内部结构的电路图。在切换电路8中，可变电阻器93连接在两个电阻器91和92之间，所述两个电阻器91和92连接在地GND和电源的正端子之间。可变电阻器93是其电阻值根据连接至扳柄8a的滑触头的滑动量而变化的电阻器，并且地GND和输出端子94的输出电压根据扳柄8a的勾动量而变化。在当前示例实施例中，确定滑动量是否超过作为切换阈值的切换点95，并且当滑动量不超过（从电机3的低速旋转域至中速旋转域的）切换点95时，将驱动电流控制为仅供应至定子绕组U相、V相和W相，从而使电机3旋转。在图7中，扳柄8a的勾动量较小并且未到达切换点95。因此，仅将驱动电流供应至定子绕组U相、V相和W相。
图8示出了当在图7中扳柄8a的勾动量较小时电流供应至线圈6的情况。图8示出了在转子5的旋转位置，驱动电流沿着从符号（1）至符号（2）的方向流至U相（61-1和61-2），并沿着从符号（3）至符号（4）的方向流向与符号（2）连接的V相（61-3和61-4）。本发明的特征在于，驱动电流不流至缠绕在齿44-1至44-4上的外部线圈62-1至62-4（U1相和V1相）。因此，当扳柄8a的勾动量较小时，仅通过内部线圈61-1至61-6激励齿44-1至44-4。
接下来，将描述当扳柄8a的勾动量较大时的控制。图9是切换电路8的电路图，其示出了扳柄8a的勾动量已从图7所示的状态增大。随着扳柄8a的勾动量增大，滑动量超过切换点95，使得电机3的旋转域从中速范围变为高速范围。在这个过程中，计算单元71切换线圈，使得驱动电流从线圈61-1至61-6（U相、V相和W相）供应至线圈62-1至62-6（U1相、V1相和W1相），以使得电机3旋转。
图10示出了当线圈切换至定子绕组U1相、V1相和W1相时电流供应至线圈6的情况。图10示出了在转子5的旋转位置，驱动电流沿着从符号（1）至符号（2）的方向流至U1相（62-1和62-2），并沿着从符号（3）至符号（4）的方向流向与符号（2）连接的V1相（62-3和62-4）。本发明的特征在于，驱动电流不流至缠绕在齿44-1至44-4上的内部线圈61-1至61-4（U相和V相）。因此，当扳柄8a的勾动量较大时，仅通过外部线圈62-1至62-6激励齿44-1至44-6。
如上所述，根据当前示例实施例，由于用于导电的线圈是根据扳柄8a的位置选择的，因此可根据扳柄8a的勾动量改变电机3的特性。也就是说，当扳柄8a的勾动量较小时，将电流供应至大匝数的第一组线圈61-1至61-6，并当扳柄8a的勾动量较大时，将电流供应至小匝数的第二组线圈62-1至62-6。因此，当扳柄8a的勾动量较小时，电机可实现高转矩和低转数，并且当勾动量较大时，电机可实现低转矩和高转数。因此，由于可进一步利用电机3的根据旋转范围变化的特性，因此可实现工人可容易使用的电动工具。由于从第一组线圈至第二组线圈的切换受扳柄8a的勾动量控制，因此可明确地执行切换，并可实现高可靠性的电动工具。
接下来，将参照图11至14描述本发明的第二示例实施例。第二示例实施例的线圈的连接方法与第一示例实施例的不同。也就是说，如在现有技术中使用的，可将第二组线圈串联地连接至第一组线圈。
图11是示出根据本发明的第二示例实施例的电机3的驱动控制***的电路构造的框图，其中用相同的标号指代与图5中示出的框图中的构造相同的构造。在第二示例实施例中，电机是三相无刷DC电机，其包括：转子5（见图1），其具有带有N极和S极的多组磁体5a（见图1）；和定子104，其通过星形连接的两组三相定子绕组（U相、V相、W相和U1相、V1相、W1相）实现。三相无刷DC电机还包括以预定间隔（例如以60度）沿圆周设置的三个位置检测元件33，用以检测转子5的旋转位置。基于来自各位置检测元件33的旋转位置检测信号控制定子绕组（U相、V相、W相以及U1相、V1相和W1相）的导电方向和时间。
在当前示例实施例的电机中，定子绕组U2相、V2相和W2相还串联地连接至被星形连接至定子104的定子绕组U相、V相和W相。在逆变器电路169中包括的电子部件中，包括诸如按照三相桥式连接的六个FET之类的开关元件Q1至Q6。在第二示例实施例中，串联连接的定子绕组U2相、V2相和W2相的两端短路，并且设置三个开关元件Q13至Q15以停止激励定子绕组U2相、V2相和W2相。当三个开关元件Q13至Q15导通并且供应电力从而导电时，定子104仅通过定子绕组U相、V相和W相被驱动。当三个开关元件Q13至Q15截止并且不供应电力从而不导电时，定子104通过分别与定子绕组U2相、V2相和W2相串联的定子绕组U相、V相和W相操作。
可按照桥式连接的六个开关元件Q1至Q6的栅极连接至安装在控制电路板9上的控制信号输出电路179，而开关元件Q1至Q6的漏极或源极连接至定子绕组U2相、V2相和W2相。因此，通过从控制信号输出电路179输入的开关元件驱动信号（驱动信号H4、H5和H6）切换开关元件Q1至Q6，并且电池11供应至逆变器电路169的DC电压供应至定子绕组U相、V相和W相作为三相（U相、V相和W相）电压Vu、Vv和Vw，或供应至定子绕组U相+U2相、V相+V2相和W相+W2相作为三相电压。
当扳柄8a的操作量（冲程）等于或小于预定值时，开关元件Q13至Q15截止从而通过与定子绕组U2相、V2相和W2相串联连接的定子绕组U相、V相和W相来激励定子104。在驱动开关元件Q1至Q6的过程中，通过PWM信号H4、H5和H6驱动三个负电侧开关元件Q4、Q5和Q6，并且基于扳柄8a的操作量（冲程）的检测信号通过利用安装在控制电路板9上的计算单元71改变PWM信号的脉宽（占空比）来调节供应至电机的电量。
相似地，当扳柄8a的操作量（冲程）等于或大于预定值时，开关元件Q13至Q15导通，从而仅通过定子绕组（U相、V相和W相）激励定子104。在驱动开关元件Q1至Q6的过程中，通过PWM信号H4、H5和H6驱动三个负电侧开关元件Q4、Q5和Q6，并且基于扳柄8a的操作量（冲程）的检测信号通过利用安装在控制电路板9上的计算单元71改变PWM信号的脉宽（占空比）来调节供应至电机的电量。
接下来，参照图12描述根据当前示例实施例的电机3的控制切换顺序。当以预定量勾动扳柄8a时，信号通过施加电压设置电路76（见图11）输入至计算单元71。通过布线切换设置电路77（见图11）检测扳柄8a的勾动量以监视勾动量是否超过预定量。
当扳柄的勾动量较小时，如方框186中所示，执行控制以导通开关元件Q1至Q3的任一个并导通开关元件Q4至Q6的任一个。在所述控制中，在定子绕组U相、V相和W相和定子绕组U2相、V2相和W2相的串联连接中产生激励，如方框187中所示。因此，可实现适于低速旋转的匝数以获得高转矩。
当扳柄的勾动量较大时，如方框188中所示，执行控制以导通开关元件Q1至Q3和Q13至Q15的任一个。在所述控制中，如方框189中所示，仅通过利用定子绕组U相、V相和W相使电机3旋转。因此，与方框187中所示的串联连接相比，线圈匝数减少了。因此，虽然转矩减小了，但可驱动电机3以具有大的转数。结果，在打击过程中电机3的转数进一步增大，从而可实现高紧固转矩。同时，可控制开关元件Q13至Q15与导通的开关元件Q1至Q6同步地导通/截止，或者当扳柄的勾动量较大时可保持开关元件Q13至Q15导通。
图13示出了在第二示例实施例中在扳柄8a的勾动量较小的情况下电流供应至线圈的情况。当扳柄8a的勾动量较小时，在转子5的旋转位置的驱动电流沿着从符号（1）至符号（2）的方向流至U2相（162-1和162-2），沿着从符号（3）至符号（4）的方向流至串联地连接的U相（161-1和161-2），然后沿着从符号（5）至符号（6）的方向流向与符号（4）连接的V相（161-3和161-4），然后沿着从符号（7）至符号（8）的方向流至串联地连接的V2相（162-3和162-4）。本发明的特征在于，驱动电流连续地流至缠绕在齿144-1至144-4上的外部线圈162-1至162-4（U2相和V2相）以及内部线圈161-1至161-4（U相和V相）二者。因此，当扳柄8a的勾动量较小时，在内部线圈161-1至161-6和外部线圈162-1至162-6二者处均激励齿144-1至144-6。
接下来，将描述控制扳柄8a的勾动量较大的情况。当扳柄8a的勾动量增大时，在转子5的任意旋转位置的驱动电流仅沿着从符号（1）至符号（2）的方向流至那些串联连接的各相中的U相（161-1和161-2），并且，随后仅沿着从符号（3）至符号（4）的方向流至与符号（2）连接的V相（161-3和161-4）。本发明的特征在于，驱动电流不流至缠绕在齿144-1至144-4上的外部线圈162-1至162-4（U2相和V2相）。因此，当扳柄8a的勾动量较大时，仅在内部线圈161-1至161-6处激励齿144-1至144-4。
如上所述，在第二示例实施例中，当扳柄的勾动量较小时，通过大的匝数驱动电机。当扳柄的勾动量较大时，通过小的匝数驱动电机。因此，当扳柄的勾动量较小时，实现用于高转矩和低转数的电机，并且当扳柄的勾动量较大时，实现用于低转矩和高转数的电机。因此，可实现可容易使用的电动工具。
基于上面描述的示例实施例描述了本发明，但本发明不限于此，并且可在不脱离本发明的精神的情况下按照多种方式修改。在第一和第二示例实施例中，基于扳柄的勾动量来执行对电机线圈的电导通的切换。然而，可通过除扳柄的勾动量之外的因素执行切换。例如，预定阈值可为由转数检测电路一直监视的转数，并且当转数等于或小于阈值时，可使与当扳柄的勾动量较小时进行电导通的线圈相同的线圈进行电导通。当转数大于阈值时，可使与当扳柄的勾动量较大时进行电导通的线圈相同的线圈进行电导通。
作为另外一种选择，可监视在电机中流动的电流。当电流值较大时，可使与当扳柄的勾动量较小时进行电导通的线圈相同的线圈电导通。当在电机中流动的电流值较小时，可使与当扳柄的勾动量较大时进行电导通的线圈相同的线圈电导通。
另外，在本发明的冲击起子中，当设置打击传感器（声音传感器、振动传感器和加速度传感器）并且打击传感器确定已执行打击时，可使与当扳柄的勾动量较小时进行电导通的线圈相同的线圈电导通。当打击传感器确定未执行打击时，可使与当扳柄的勾动量较大时进行电导通的线圈相同的线圈电导通。
本发明提供以下示意性、非限制性的方面：
（1）在第一方面，提供了一种电动工具，包括：电机，所述电机包括转子、包括多个齿的定子和缠绕在各齿上的线圈；前端工具，被配置为通过电机的输出而被驱动；驱动电路，被配置为将驱动电压供应至电机的线圈；控制单元，被配置为控制驱动电路的操作；和扳柄开关，被配置为控制电机的启动和旋转，其中第一线圈和第二线圈安装在所述多个齿上作为线圈，并且其中所述控制单元根据扳柄开关的勾动量控制驱动电压对第一线圈和第二线圈的供应。
根据第一方面，由于各齿设有第一线圈和第二线圈并且控制单元根据扳柄开关的勾动量来控制驱动电压对第一线圈和第二线圈的供应，因此可根据扳柄开关的位置改变电机的特性。因此，可实现工人可容易使用的电动工具。
在第二方面，提供了根据第一方面的电动工具，其中第一线圈和第二线圈并联地连接，并且其中所述控制单元根据扳柄开关的勾动量将驱动电压供应至第一线圈和第二线圈之一。
根据第二方面，可根据所述两个线圈的切换实现电机的不同特性。
在第三方面，提供了根据第二方面的电动工具，其中电机的旋转速度被控制为根据扳柄开关的勾动量而改变，并且其中当扳柄开关的勾动量小于阈值时驱动电压被供应至第一线圈，并且当勾动量等于或大于阈值时驱动电压被供应至第二线圈。
根据第三方面，可根据扳柄开关的勾动量容易地执行线圈的切换控制，从而可执行简单和高度可靠的切换控制。
在第四方面，提供了根据第一方面的电动工具，其中第一线圈和第二线圈串联地连接，并且其中控制单元根据扳柄开关的勾动量在仅第一线圈导电的第一状态与第一和第二线圈二者均导电的第二状态之间执行切换。
根据第四方面，可实现电机的适于低速高转矩和高速低转矩的两个特性。
在第五方面，提供了根据第三或第四方面的电动工具，其中第二线圈的匝数小于第一线圈的匝数。
根据第五方面，与利用第一线圈相比，可通过利用第二线圈实现较大转数。
在第六方面，提供了根据第一至第五方面的任一个的电动工具，其中电机是无刷DC电机并且第一和第二线圈是星形连接的。
根据第六方面，可容易地将中性点接地。
在第七方面，提供了一种电动工具，包括：定子，其包括多个齿、固定至所述多个齿的每个的第一线圈和固定至所述多个齿的每个的第二线圈，第二线圈与第一线圈不同；转子，其可相对于定子旋转；前端工具，被配置为通过转子驱动；和开关，被配置为切换为是导电至第一线圈还是导电至第二线圈。
根据第七方面，电机包括：定子，具有包括在齿上的不同匝数的第一线圈和第二线圈；和开关，被配置为在第一线圈和第二线圈之间切换导电。因此，可通过所述开关切换将被导电的线圈，从而可通过所述开关改变电机的特性。
在第八方面，提供了根据第七方面的电动工具，其中所述开关包括：扳柄开关，其被配置为调节电机的旋转；和检测单元，被配置为检测扳柄开关的勾动量。
根据第八方面，可通过利用现有技术中已知的组件容易地实现开关，从而抑制生产成本。
在第九方面，提供了根据第七方面的电动工具，其中缠绕在各齿上的第二线圈的匝数小于第一线圈的匝数。
根据第九方面，与利用第一线圈相比，可通过利用第二线圈使电机以较高速度旋转。
在第十方面，提供了一种电动工具，包括：电机，其包括具有多个齿的定子和可相对于定子旋转的转子；前端工具，其连接至定子，并被配置为受驱动；和壳体，被配置为容纳电机，其中第一线圈和与第一线圈不同的第二线圈缠绕在各齿上。
根据第十方面，由于第一线圈和第二线圈二者均缠绕在所述多个齿上，因此可实现具有紧凑结构的电动工具。
本申请要求于2010年12月23日提交的日本专利申请No.2010-286831的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
产业上的可应用性
根据本发明的方面，提供了一种电动工具，其包括电机，所述电机包括多个线圈，并且可根据工作状况在线圈之间进行有效切换来控制所述电机。

Claims (10)

1.一种电动工具，包括：
电机，包括，
转子，
包括多个齿的定子，和
缠绕在所述多个齿上的线圈；
前端工具，被配置为由所述电机的输出驱动；
驱动电路，被配置为将驱动电压供应至所述电机的线圈；
控制单元，被配置为控制所述驱动电路的操作；以及
扳柄开关，被配置为控制所述电机的启动和旋转，其中第一线圈和第二线圈安装在所述多个齿上作为所述线圈，并且
其中所述控制单元根据扳柄开关的勾动量来控制所述驱动电压对所述第一线圈和所述第二线圈的供应。
2.根据权利要求1所述的电动工具，
其中所述第一线圈和所述第二线圈并联地连接，并且
其中所述控制单元根据所述扳柄开关的勾动量将所述驱动电压供应至所述第一线圈和所述第二线圈之一。
3.根据权利要求2所述的电动工具，
其中所述电机的旋转速度被控制为根据所述扳柄开关的勾动量而改变，并且
其中当所述扳柄开关的勾动量小于阈值时所述驱动电压被供应至所述第一线圈，并且当所述勾动量等于或大于所述阈值时所述驱动电压被供应至所述第二线圈。
4.根据权利要求1所述的电动工具，
其中所述第一线圈和所述第二线圈串联地连接，并且
其中所述控制单元根据所述扳柄开关的勾动量在仅所述第一线圈导电的第一状态和所述第一线圈和所述第二线圈二者均导电的第二状态之间执行切换。
5.根据权利要求3或4所述的电动工具，
其中所述第二线圈的匝数小于所述第一线圈的匝数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动工具，
其中所述电机是无刷DC电机，并且所述第一线圈和所述第二线圈是星形连接的。
7.一种电动工具，包括：
定子，其包括，
多个齿，
固定至所述多个齿的每个的第一线圈，以及
固定至所述多个齿的每个的第二线圈，所述第二线圈与所述第一线圈不同；
转子，其可相对于所述定子旋转；
前端工具，被配置为由所述转子驱动；以及
开关，被配置为对导通至所述第一线圈还是导通至所述第二线圈进行切换。
8.根据权利要求7所述的电动工具，
其中所述开关包括：扳柄开关，其被配置为调节所述电机的旋转；和检测单元，其被配置为检测所述扳柄开关的勾动量。
9.根据权利要求7所述的电动工具，
其中缠绕在所述多个齿上的所述第二线圈的匝数小于所述第一线圈的匝数。
10.一种电动工具，包括：
电机，包括，
包括多个齿的定子，和
可相对于所述定子旋转的转子；
前端工具，连接至所述定子并被配置为受驱动；以及
壳体，被配置为容纳所述电机，
其中第一线圈和与第一线圈不同的第二线圈缠绕在所述多个齿上。
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