CN103684148A

CN103684148A - 电动工具

Info

Publication number: CN103684148A
Application number: CN201310407051.1A
Authority: CN
Inventors: 岩村则宏; 池田昌树
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2014-03-26
Also published as: EP2711138A2; JP2014054703A; EP2711138B1; EP2711138A3

Abstract

一种电动工具包括主体控制单元(CP)，其中该主体控制单元用于对马达(M)的输出进行PWM控制。每当电压测量单元(41)检测到的电压下降并且变得低于或等于预定的放电检测电压(S1)时，主体控制单元(CP)以与该电压下降并且变得低于或等于预定值(S1)之前的占空比低的占空比来驱动马达(M)。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具。

背景技术

电动工具包括由可再充电电池构成的电池组(例如，参见日本特开2012-71362、日本特开平11-20187和日本特开2007-992)。

在这种电动工具中，期望消除由可再充电电池构成的电池组的过放电。因而，在电池组的输出电压变得低于预定值的情况下，电动工具使马达停止从而停止电池组的放电。

发明内容

然而，电池组包括电池单元的内部阻抗以及配线之间的阻抗。随着放电电流的增加，电池单元的内部阻抗以及配线之间的阻抗使电压下降增大。这样导致实际电池电压降低。因而，尽管电池的实际充电状态仍是充足的，但启动马达所使用的电流或马达锁定时所使用的电流的流动的生成可能会导致电池组的电压低于或等于预定值并且使马达停止。

本发明的目的是提供一种用于提高可操作性的电动工具。

本发明的一个方面是一种电动工具，包括：马达；可再充电电池，用于向所述马达供给电力；电压测量单元，用于检测所述可再充电电池的电池电压；开关，其能够由使用者进行操作，其中所述开关在由所述使用者进行了操作的情况下驱动所述马达；以及控制单元，用于响应于所述开关的操作来对供给至所述马达的电力进行控制。每当所述电压测量单元检测到的电压下降并且变得低于或等于预定值的情况下，所述控制单元驱动所述马达，从而生成比该检测到的电压下降并且变得低于或等于所述预定值之前的输出小的输出。

本发明提高了可操作性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电动工具的示意图；

图2是图1所示的电动工具中的主体的示意结构图；

图3是图1所示的电动工具中的电池组的立体图；

图4是说明图1所示的电动工具的电气结构的电路图；

图5是说明图1所示的电动工具的操作示例的时序图；

图6是说明电动工具的变形例的操作示例的时序图；

图7是说明电池组的内部温度和内部阻抗的关系的图；以及

图8是说明触发开关的拉下量和根据不同限制值的占空比(马达输出)的关系的图。

具体实施方式

现在将参考附图来说明电动工具10的一个实施例。

如图1～3所示，可再充电型的电动工具10包括：主体11，其例如构成可再充电式钻头驱动器；以及电池组12，其以能够移除的方式安装至主体11。

如图2所示，主体11包括大致筒状的壳体21和把持部22，其中把持部22从壳体21的长度方向的中央部分向下延伸出。参考图1和4，主体11包括马达M、减速机构(未示出)和输出单元24。马达M容纳在壳体21内并且用作负载。减速机构连接至马达M并且包括齿轮系。输出单元24能够转动地配置在壳体21的末端上。前端工具(刀头)可以连接至输出单元24的前端。马达M经由减速机构将驱动力传递至输出单元24。

如图2所示，把持部22包括使用者用来使电动工具10工作和停止的触发开关25。使用者调整触发开关25的拉下量以调整供给至马达M的电力量并且由此控制马达M的转动速度。

如图1所示，主体11的把持部22的下端包括凹部或者容纳电池组12的安装部26。在安装部26的壁上配置有电气连接至电池组12的两个受电电极Sa1和Sa2。电池组12包括分别电气连接至这两个受电电极Sa1和Sa2的两个供电电极Sb1和Sb2。在将电池组12嵌合至安装部26并且配置在预定位置处的情况下，电池组12的两个受电电极Sa1和Sa2以及两个供电电极Sb1和Sb2在彼此接触的状态下电气连接。

如图3所示，电池组12包括主体和相对于该主体向上突出的插头31。在插头31的末端上配置有两个供电电极Sb1和Sb2。在将插头31嵌合至主体11的安装部26的情况下，这两个供电电极Sb1和Sb2分别压接安装部26的两个受电电极Sa1和Sa2。没有限制如何将电池组12安装至主体11。例如，在相对于主体11安装和移除电池组12的情况下，电池组12可以在把持部22的下表面处在与把持部22大致垂直的方向上滑动。

参考图3和4，电池组12包括配置在电池组12内的可再充电电池32。可再充电电池32包括串联连接的多个电池单元Ce1～Cen。电池组12可以是锂离子可再充电电池、镍金属氢化物可再充电电池、或镍镉可再充电电池等。

图4是示出本实施例中的可再充电式电动工具的电气结构的框图。

现在将说明电池组12的电气结构。在图3中，可再充电电池32使供电电极Sb1连接至供电电极Sb2。

现在将说明主体11的电气结构。

如图4所示，受电电极Sa1连接至开关SW的触点b和作为包括控制端子的开关元件的示例的PNP型晶体管Q1的发射极。开关SW的触点a连接至马达M的一个电力供给端子。开关SW的触点c连接至马达M的另一电力供给端子和作为包括控制端子的开关元件的示例的NPN型晶体管Q3的集电极。晶体管Q3的发射极连接至受电电极Sa2，并且晶体管Q3的基极连接至主体控制单元CP。代替功率晶体管Q3，可以使用场效应晶体管(FET)。

如图4所示，晶体管Q1的集电极连接至主体控制单元CP，并且晶体管Q1的基极连接至作为包括控制端子的开关元件的示例的NPN型晶体管Q2的集电极。晶体管Q2的发射极接地，并且晶体管Q2的基极连接至二极管D1的阴极和二极管D2的阴极。二极管D1的阳极连接至开关SW的触点a，并且二极管D2的阳极连接至主体控制单元CP。开关SW的触点a还经由缓冲器BF连接至主体控制单元CP。

主体11包括电压测量单元41和通知单元42。电压测量单元41测量施加在两个受电电极Sa1和Sa2之间的电压并且将该测量结果提供至主体控制单元CP。在电池组12处于过放电的情况下，通知单元42向使用者通知这种状况。通知单元42包括诸如发光二极管等的用于发出光的发光部、以及用于驱动该发光部的驱动电路。通知单元42使发光部点亮以向使用者通知可再充电电池32(电池组12)被过放电。通知单元42可以包括诸如蜂鸣器等的用于生成声音的声音生成部、以及用于驱动该声音生成部的驱动电路。在这种情况下，通知单元42从声音生成部发出声音以向使用者通知可再充电电池32被过放电。

开关SW被配置成与触发开关25连动。在操作(拉下)触发开关25时，开关SW的触点a和触点b相连接。在解除触发开关25时，开关SW的触点a和触点c相连接。

在这种结构中，开关SW、缓冲器BF、晶体管Q1和Q2以及二极管D1、D2构成供电控制单元。该供电控制单元开始和停止从可再充电电池32向着主体控制单元CP的电力供给。该供电控制单元还响应于在电池组12安装至主体11时触发开关25的操作来启用主体控制单元CP。具体地，在电池组12安装至主体11并且操作了触发开关25的情况下，开关SW的触点a和触点b相连接。这样将来自电池组12的电压经由受电电极Sa1供给至缓冲器BF。缓冲器BF将来自电池组12的电压调整为主体控制单元CP的输入电压(例如，5V)并将该电压供给至主体控制单元CP。换句话说，在操作了触发开关25时，将缓冲器BF的输出电压从约0V的低电平切换至高电平(例如，约5V)。此外，开关SW的触点a和b的连接使得将来自电池组12的电压经由受电电极Sa1和二极管D1供给至晶体管Q2的基极。这样启用了晶体管Q2和Q1，并且将电力从电池组12经由受电电极Sa1和晶体管Q1供给至主体控制单元CP。

在从受电电极Sa1供给有电力的情况下，主体控制单元CP开始进行用于使主体11工作的各种控制。然后，主体控制单元CP经由二极管D2向晶体管Q2的基极施加电压，并且进行用于保持向着主体控制单元CP的电力供给的电力供给自保持控制。

在解除了触发开关25的情况下，开关SW的触点a和触点b断开。因而，没有从电池组12经由受电电极Sa1向缓冲器BF供给电压。缓冲器BF将具有约0V的表示触发开关25已被解除的低电平L的输出电压供给至主体控制单元CP。此外，不再从电池组12经由受电电极Sa1和二极管D1向晶体管Q2的基极施加电压。然而，主体控制单元CP的电力供给自保持功能使得晶体管Q2保持启用预定时间Tps。然后，在主体控制单元CP的电力供给自保持控制停止的情况下，停用晶体管Q2。这样使晶体管Q1停用并且使从可再充电电池32向着主体控制单元CP的电力供给停止。根据规格来将预定时间Tps设置为例如30秒、1分钟或2分钟。还可以考虑触发开关25被解除之后主体控制单元CP所控制的对象来设置预定时间Tps。优选地，考虑到触发开关25被解除之后使用者利用设置输入单元(未示出)来输入马达M的转矩值和附加紧固量等所使用的时间、以及使通知单元42点亮以供使用者识别的时间，来设置预定时间Tps。

在本实施例中，触发开关25包括配置在两个受电电极Sa1和Sa2之间的马达M的电力供给线中的、诸如电位计等的可变电阻器。使该可变电阻器工作的操作轴根据触发开关25的拉下量而转动，并且施加至该可变电阻器的电压根据操作轴的转动而分压。这样将与拉下量相对应的分压电压作为操作信号提供至主体控制单元CP。

主体控制单元CP根据来自触发开关25的操作信号对晶体管Q3的通电时间段进行控制，以控制马达M的启用和停用以及马达M的转动速度。例如，主体控制单元CP进行PWM控制以设置晶体管Q3的通电时间段。在该结构中，晶体管Q3构成脉冲控制单元43，其中该脉冲控制单元43根据主体控制单元CP的控制来控制马达M所生成的转动。

主体控制单元CP判断电压测量单元41测量到的电压是否低于或等于预定的过放电电压阈值S1。在电压测量单元41测量到的电压低于或等于过放电电压阈值S1的情况下，主体控制单元CP利用脉冲控制单元43逐渐减少从两个受电电极Sa1和Sa2供给至马达M的电力，然后停止向马达M供给电力。

在解除触了发开关25(拉下量为零)的情况下，开关SW的触点a连接至触点c。这导致马达M的电力供给端子发生短路，并且马达M的转动产生向该马达M的转动施加制动的反电动势。

现在将参考图4和5来说明电动工具10的基于电池电压的操作示例。该操作降低了内部阻抗的影响。

如图5所示，在时刻t1，使用者完全拉下触发开关25，并且脉冲控制单元43以100%的占空比驱动马达M以使电池组12(可再充电电池32)的电压下降。在电池组12的电压下降、并且在时刻t2变为低于或等于作为预定阈值的放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP将脉冲控制单元43的占空比减小为限制值C1(例如，80%的占空比)。这样使得流向马达的负荷电流减少。图8示出在设置三个限制值C1～C3的情况下以及在不存在限制的情况下、相对于触发开关25的拉下量的PWM占空比。如图8所示，可以通过在完全拉下触发开关25的状态下限制占空比来限制流向马达M的最大电流。这样使由于电池组12内的内部阻抗所引起的电压下降减少并且使电池组12的电压上升。

在继续使用电动工具10的情况下，电池组12的电压再次下降。在电池组12的电压下降并且在时刻t3变得低于或等于放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP使脉冲控制单元43的占空比减小为限制值C2(例如，60%的占空比)。这样使流向马达M的负荷电流减少，使由于电池组12内的内部阻抗所引起的电压下降减少，并且使电池组12的电压上升。

在进一步继续使用电动工具10的情况下，电池组12的电压再次下降。在电池组12的电压下降并且在时刻t4变得低于或等于放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP使脉冲控制单元43的占空比减小为限制值C3(例如，40%的占空比)，在本实施例中这对占空比施加了最大限制。这样使流向马达M的负荷电流减少，使由于电池组12内的内部阻抗所引起的电压下降减少，并且使电池组12的电压上升。然后，在占空比处于限制值C3的状态下、电池组12的电压再次下降并在时刻t5变得低于或等于放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP停用脉冲控制单元43以使马达M停止。这样抑制了电池组12的过放电。

现在将说明本实施例的优点。

(1)主体控制单元CP对马达M的输出进行PWM控制。每当电压测量单元41检测到的电压下降并且变得低于或等于作为预定值的放电检测电压S1时，主体控制单元CP以比电压下降并变得低于或等于放电检测电压S1之前所使用的占空比低的占空比来驱动马达M。这样，每当检测电压变得低于或等于放电检测电压S1时，通过将占空比限制为较低值来减少流向马达M的负荷电流。这样使由于电池组12内的内部阻抗所引起的电压下降减少，使电池组12的电压上升，并且使得能够继续使用电动工具10。

(2)在检测到的电压下降、并且在占空比处于向占空比施加了最大限制的限制值C3的时刻t5处变得低于或等于放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP停用脉冲控制单元43以使马达M停止。这样抑制了电池组12的过放电。

本领域技术人员应当显而易见，可以在没有背离本发明的精神或范围的情况下以多种其它特定形式来体现本发明。特别地，应当理解，可以按以下形式来体现本发明。

在上述实施例中，可以检测电池组12的温度，并且仅在该温度下降且变得低于或等于预定温度X的情况下才可以进行图5的控制。这是因为：如图7所示，随着电池组12的内部温度的降低，内部阻抗增加，并且电池组12的电压具有由于在电池组12的温度较低时浪涌电流等的流动而下降并且变得低于或等于放电检测电压S1的趋势。预定温度X在电池组12是锂离子电池的情况下可以约为5℃，但该值也是可以改变的。

在上述实施例中，为了改变马达输出，进行了改变占空比的PWM控制。然而，可以进行不同的处理以改变马达输出。

在上述实施例中，在完全拉下触发开关25的情况下进行图5所示的控制。作为代替，例如，可以进行图6所示的控制。参考图4和6，在时刻t11，使用者完全拉下触发开关25，并且利用脉冲控制单元43使马达M以100%的占空比工作。这样使得电池组12(可再充电电池32)的电压下降。在电池组12的电压下降并且在时刻t12变得低于或等于作为预定阈值的放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP停用脉冲控制单元43以使马达M停止。

在使用者解除触发开关25并且在时刻t13再次拉下触发开关25的情况下，主体控制单元CP使脉冲控制单元43的占空比减小为限制值C1(例如，80%的占空比)以减少流向马达M的负荷电流。这样使由于电池组12内的内部阻抗所引起的电压下降减少并且使电池组12的电压上升。

在进一步继续使用电动工具10的情况下，电池组12的电压再次下降。在电池组12的电压下降并且在时刻t14变得低于或等于放电检测电压S1的情况下，主体控制单元CP停用脉冲控制单元43并且停止马达M。

在使用者解除触发开关25并且在时刻t15再次拉下触发开关25的情况下，主体控制单元CP使脉冲控制单元43的占空比减小为限制值C2(例如，60%的占空比)以减少流向马达M的负荷电流。这样使由于电池组12内的内部阻抗所引起的电压下降减少并且使电池组12的电压上升。

以与上述实施例相同的方式，在重复该控制、电池组12的电压再次下降且变得低于或等于放电检测电压S1、并且占空比处于向占空比施加了最大限制的限制值C3的情况下，主体控制单元CP停用脉冲控制单元43以使马达M停止。这样抑制了电池组12的过放电。

在上述实施例中，主体控制单元CP根据电压测量单元41测量到的电压来检测过放电。然而，代替电压测量单元41，可以利用电池组12来检测过放电，并且电池组12可以向主体控制单元CP通知检测结果。例如，如图4的虚线所示，主体11可以包括用于从电池组12接收过放电信号的主体侧信号电极Sa3。主体侧信号电极Sa3电气连接至主体控制单元CP。此外，电池组12可以包括电池单元电压测量单元33、电池控制单元34和电池侧信号电极Sb3。电池单元电压测量单元33测量n个电池单元Ce1～Cen的电压并且将测量结果提供至电池控制单元34。电池单元电压测量单元33包括用于检测各电池单元Ce1～Cen的端子间电压的阻抗分压电路。在电池单元电压测量单元33测量到的n个电池单元Ce1～Cen的n个电压的其中一个低于或等于电池单元的预定的过放电电压S1的情况下，电池控制单元34输出表示电池单元被过放电的过放电信号。在电池单元没有过放电的情况下，电池控制单元34将表示电池单元没有过放电的控制信号(例如，低电平的信号)提供至电池侧信号电极Sb3。在电池单元被过放电的情况下(在电压低于或等于电压S1的情况下)，电池控制单元34将表示电池单元被过放电的控制信号(例如，高电平的信号、过放电信号)提供至电池侧信号电极Sb3。如上述实施例那样，主体控制单元CP基于控制信号来对脉冲控制单元43的占空比进行限制。

在上述实施例中，电动工具10用作为钻头驱动器，但例如还可以用作为冲击起子、冲击扳手、冲击钻孔器、振动钻孔器、竖锯或密封枪。

这些例子和实施例应被认为是示例性而并非限制性的，并且本发明不局限于这里给出的详细内容，而且可以在所附权利要求书的范围及其等同结构内对本发明进行修改。

Claims

1.一种电动工具(10)，包括：

马达(M)；

可再充电电池(32)，用于向所述马达(M)供给电力；

电压测量单元(S)，用于检测所述可再充电电池(32)的电池电压；

开关(25,SW)，其能够由使用者进行操作，其中所述开关在由所述使用者进行了操作的情况下驱动所述马达(M)；以及

控制单元(41)，用于响应于所述开关(25,SW)的操作来对供给至所述马达(M)的电力进行控制，

其中，所述电动工具的特征在于：

每当所述电压测量单元(S)检测到的电压下降并且变得低于或等于预定值的情况下，所述控制单元(41)驱动所述马达(M)，从而生成比该检测到的电压下降并且变得低于或等于所述预定值之前的输出小的输出。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述控制单元(41)对所述马达(M)的输出进行脉冲宽度调制控制即PWM控制，以及

每当所述电压测量单元(S)检测到的电压下降并且变得低于或等于所述预定值的情况下，所述控制单元(41)进行所述PWM控制，从而以比该检测到的电压下降并且变得低于或等于所述预定值之前的占空比低的占空比来驱动所述马达。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

每当所述电压测量单元(S)检测到的电压下降并且变得低于或等于所述预定值的情况下，所述控制单元(41)在使占空比按80%、60%和40%的顺序依次降低的情况下驱动所述马达(M)。