CN111431464A - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动工具，使用电池包供电，电池包可拆卸地安装至电动工具，电动工具包括：电机；驱动电路，用于驱动电机输出动力；控制模块，用于控制驱动电路；储能元件，与驱动电路连接；限流元件，与储能元件串联连接，用于使储能元件以第一电流充电；开关元件，与储能元件串联电性连接，且与限流元件并联连接，用于使储能元件以第二电流充电或放电。本发明的电动工具，能够避免电池包在***电动工具时滤波电容充电瞬间产生大电流而导致电动工具和电池包的连接端子处产生电火花等不利情况发生。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具。

背景技术

电动工具的电机控制***一般都包含一个大容量的电容，在电池包安装至电动工具时，当电容端电压低时，电池包给电容充电，在充电瞬间会有产生一个很大的电流，导致在电动工具的连接端子和电池包的连接端子间产生电火花。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电池包供电且能够避免连接端子处电火花的电动工具。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种电动工具，使用电池包供电，所述电池包可拆卸地安装至所述电动工具，所述电动工具包括：电机；驱动电路，用于驱动所述电机输出动力；控制模块，用于控制所述驱动电路；储能元件，与所述驱动电路连接；限流元件，与所述储能元件串联连接，用于使所述储能元件以第一电流充电；开关元件，与所述储能元件串联电性连接，且与所述限流元件并联连接，用于使所述储能元件以第二电流充电或放电。

可选地，所述控制模块被配置为：在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设电压阈值后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

可选地，所述预设电压阈值与所述电池包的电压值相等或基本相等。

可选地，所述控制模块被配置为：在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设电量阈值后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

可选地，所述预设电量阈值与所述储能元件的满电电量的比值的取值范围为0.7~1。

可选地，所述控制模块被配置为：在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设时长后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

可选地，所述开关元件为继电器开关。

可选地，所述开关元件为半导体开关。

可选地，所述开关元件为场效应晶体管。

可选地，所述第一电流的电流值的取值范围为20mA~1500mA。

可选地，所述第一电流在所述储能元件与所述电池包之间流动；所述第二电流在所述储能元件与所述驱动电路之间流动。

可选地，所述电池包包括：电芯组，包括多个电性连接的电芯；正极电源端子，连接至所述电芯组的正极；负极电源端子，连接至所述电芯组的负极。

可选地，还包括：正极连接端子，用于与所述电池包的所述正极电源端子连接；负极连接端子，用于与所述电池包的所述负极电源端子连接；所述驱动电路具有：第一驱动端，与所述正极连接端子连接；第二驱动端，与所述负极连接端子连接；所述储能元件连接至所述第一驱动端或所述第二驱动端。

可选地，还包括：触发机构，可操作地被触发以用于启动所述电机；信号开关，与触发机构关联连接，用于输出启动信号至所述控制模块；所述控制模块被配置为：在接收到所述信号开关输出所述启动信号后，输出第一控制信号控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

可选地，所述控制模块被配置为：在所述开关元件接通后，输出第二控制信号至所述驱动电路以使所述电机转动。

可选地，还包括：第一检电压检测电路，用于检测所述储能元件两端的电压。

可选地，还包括：第二电压检测电路，用于检测所述电池包的电压。

一种电动工具，使用电池包供电，所述电池包可拆卸地安装至所述电动工具，所述电动工具包括：电机；驱动电路，用于驱动所述电机输出动力；控制模块，用于控制所述驱动电路；储能元件，与所述驱动电路连接；保护电路，电连接在所述储能元件与所述驱动电路之间；所述保护电路包括并联设置的第一电路和第二电路；所述第一电路与所述储能元件连接，用于使所述储能元件以第一电流充电；所述第二电路与所述储能元件连接，用于使所述储能元件以第二电流充电或放电。

可选地，所述第一电路包括限流元件，所述限流元件与所述储能元件串联连接；所述第二电路包括开关元件，所述开关元件与所述储能元件串联电性连接，且与所述限流元件并联连接。

可选地，所述控制模块被配置为：在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设条件后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

本发明的有益之处在于在电池包安装至电动工具的初始阶段，能够避免电动工具中滤波电容充电瞬间产生大电流而导致在电动工具的连接端子和电池包的连接端子处产生电火花，或电流开关触点损伤等不利情况发生。

附图说明

图1是作为一种实施方式的电动工具的外观结构图；

图2是作为一种实施方式的电动工具的电路***图；

图3是作为另一种实施方式的电动工具的电路***图；

图4是作为另一种实施方式的电动工具的电路***图；

图5是作为另一种实施方式的电动工具的电路***图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明的电动工具包括但不限于以下内容：螺丝批、电钻、扳手、角磨等需要调速的电动工具，砂光机等可能用来打磨工件的电动工具，往复锯、圆锯、曲线锯等可能用来切割工件；电锤等可能用来做冲击使用的电动工具。这些工具也可能是园林类工具，比如割草机、扫雪机、吹吸机、修枝机和链锯；另外这些工具也可能作为其它用途，比如搅拌机。只要这些电动工具能够采用以下披露的技术方案的实质内容即可落在本发明的保护范围内。

本发明的电动工具，使用电池包供电，所述电池包可拆卸地安装至所述电动工具。所述电动工具包括：工具附件，用于实现所述电动工具的功能；电机，可操作地与所述工具附件连接，以驱动所述工具附件工作。

参照图1，作为一种实施方式的电动工具10，电动工具10以割草机为例，电动工具10包括：电机33、底盘12、把手13、轮子14和刀片（未示出）。当然，电动工具10还可以骑乘式割草机，或者实现其他功能的电动工具。

刀片作为割草机的工具附件，用于实现割草机的割草功能，其设置于底盘12中。

电机33可操作地与工具附件连接，以驱动所述工具附件工作。对于割草机而言，工具附件为刀片，电机33可操作地与刀片连接，电机33用于驱动刀片转动，从而实现割草功能。电机33可与刀片直接连接，也可以通过传动装置或减速机构与刀片连接，以驱动刀片。

底盘12用于承载和安装电机33。底盘12形成有切割腔（未示出）。刀片在切割腔内转动。电机33可以是以电力为动力的电机33也可以是以燃料燃烧为动力的内燃机。具体而言，电机33为无刷电机。在本实施方式中，电动工具10使用电池包20供电。割草机设置有用于容纳电池包20的电池仓17，电池仓17设置于底盘12的上部。

把手13供用户握持，以操作电动工具10。对于割草机而言，把手13用于推动割草机。把手13连接至底盘12。对于手推式割草机而言，还包括连杆131。连杆131连接把手13和底盘12。作为一种可选的实施方式，把手13可以和连131作为一个零件。可选地，割草机还包括扳机15和开关盒16，扳机15用于控制电机33。扳机15转动连接至开关盒16，开关盒16固定至把手13或连杆131。

轮子14相对于底盘12转动，使割草机能够在地面上运动。作为一种可选的实施方式，割草机包括自行走马达，自行走马达驱动轮子14转动。

如前所述，电动工具10不仅限于上述割草机，还可以是其他的电动工具，比如骑乘式割草机、扫雪机、吹吸机、修枝机、链锯的园林类的电动工具，往复锯、圆锯、曲线锯、圆锯、角磨、电钻、螺丝批、电钻、扳手等手持式电动工具，还可以是台型工具。

参照图2至图5，上述电动工具10的运行还依赖于电路***30，电路***30包括电路部件，至少部分电路部件设置于电路板（未示出），电路板设置于电动工具的壳体18中。电动工具10的电路***30主要包括：控制模块31、驱动电路32、电机33、储能元件34以及电池包20。

其中，电池包20包括壳体21（图1）和容纳于壳体21内的电芯组22，电芯组22包括多个电连接的电芯221，电芯221能被反复充电，多个电芯22电连接组成电芯组22。电池包20还包括电源端子，用于与电动工具10的连接端子连接，电池包20的连接端子包括正极电源端子B+和负极电源端子B-，正极电源端子B+和负极电源端子B-分别与电芯组22的正极和负极电连接。电动工具10的连接端子包括正极连接端子T+和负极连接端子T-，分别用于与电池包20的正极电源端子B+和负极电源端子B-连接，以传输电能。当电池包20安装至电动工具10时，电池包20的正极电源端子B+和负极电源端子B-分别于电动工具10的正极连接端子T+和负极连接端子T-电连接，以传输电能。

作为一种实施方式，电动工具10包括电流开关SW（图2），电流开关SW设置于开关盒16中，电流开关SW与扳机15关联连接，电流开关SW能够由扳机15触发而改变通断状态。电流开关SW串联在电池包20与电动工具10的电能传输电回路中，用于允许或禁止来自电池包20的电流。具体地，电流开关SW的一端与电动工具10的正极连接端子T+，另一端与驱动电路32、储能元件34以及控制模块31连接。作为另一种实施方式，电动工具10不包括电流开关SW，而是采用信号开关K（图3），来触发控制模块31使控制模块31输出信号给驱动电路32，从而控制驱动电路32工作。信号开关K与扳机15关联连接，信号开关K由扳机15触发而改变通断状态。信号开关K与控制模块31电连接，用于输出启动信号给控制模块31。具体地，控制模块31能够检测到信号开关K状态，当信号开关K处于被触发状态时，输出启动信号给控制模块31，控制模块31输出控制信号给驱动电路32以使驱动电路32工作。在本实施方式中，扳机15作为触发机构，可操作地被触发以用于启动电动工具10或电机33。

控制模块31电连接至驱动电路32，用以输出驱动信号控制所述驱动电路32工作，在一些实施例中，控制模块31采用专用的控制芯片（例如，MCU，微控制模块，Microcontroller Unit）。可选地，控制芯片内部包括功率驱动模块，利用率驱动模块提升控制模块31输出信号的驱动能力，功率驱动模块也可采用外置式的功率驱动模块实现。电动工具10还包括电源模块（未示出），用于将电池包20的电能转换成可供控制芯片或控制模块31中其他电子元器件使用的电能。

驱动电路32与电机33连接，用于驱动电机33输出动力。作为一种实施方式，电机33为直流无刷电机，电机33包括转子、定子和绕组。驱动电路32具体通过电机33的三相电极U、V、W与电机33的绕组连接。驱动电路32具体包括至少一个开关元件，用于根据控制模块31的控制信号改变通断状态，从而改变电机33的绕组的通电状态。

作为一种实施方式，驱动电路32采用三相桥式电路，驱动电路32包括开关元件VT1、VT2、VT3、VT 4、VT5、VT6，开关元件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6组成三相电桥，其中VT1、VT3、VT5为上桥驱动开关，VT2、VT4、VT6为下桥驱动开关。开关元件VT1-VT6 可选用场效应管、IGBT晶体管等。以场效应管为例，各个开关元件的栅极端分别与控制模块31的功率驱动电路211电性连接，每个开关元件的漏极或源极与电机33的绕组电连接。开关元件VT1~VT6依据控制模块31输出的驱动信号改变接通状态，从而改变电池包20加载在电机33的绕组上的电压状态，驱动所述电机33运转。

为了使电机33转动，驱动电路32具有多个驱动状态，在一个驱动状态下电机的定子绕组会产生一个磁场，控制模块31被配置为依据电机33的转子转动位置输出相应的驱动信号至驱动电路32以使驱动电路32切换驱动状态，从而改变加载在电机33的绕组上的电压的状态，产生交变的磁场驱动转子转动，进而实现对电机的驱动。电机33的转子转动位置可通过位置传感器检测获得，也可通过采样电机的母线电流和/或电机的端电压进行相应的计算获得.

驱动电路32具有第一驱动端32a和第二驱动端32b，其中，第一驱动端32a与正极连接端子T+连接，第二驱动端32b与负极连接端子T-连接。

储能元件34与驱动电路32连接，用于对驱动电路32进行滤波。具体地，储能元件34连接至第一驱动端32a或第二驱动端32b。储能元件34包括至少一个电解电容C，也即是说，储能元件34可以包括一个电解电容C，也可以包括多个并联连接的电解电容C。

在电池包20安装至电动工具10的初始阶段，电解电容C的两端电压较低，电池包20给电解电容C充电，电池包20与电解电容C之间的压差较大，在电解电容C充电瞬间会有产生一个很大的电流，导致在电动工具10的连接端子和电池包20的连接端子之间产生电火花，如果电动工具10内设置有连接到电动工具20的正极电源端子T+的电源开关SW（图1），电解电容C连接在电源开关SW后面，当电源开关SW闭合时，大电流可能会使电源开关SW的触点烧蚀或粘连。

电动工具10还包括保护电路35，保护电路35电连接在储能元件34和驱动电路32之间。保护电路35包括并联设置的第一电路351和第二电路352，第一电路351与储能元件34连接，用于使储能元件34以第一电流充电；第二电路352与储能元件34连接，用于使储能元件34以第二电流充电或放电。

具体地，第一电路351包括限流元件3511，限流元件3511与储能元件34串联连接，储能元件34能够通过所述限流元件351以第一电流充电，限流元件351串联在储能元件34的充电回路上。第一电流在储能元件34与电池包20之间流动。

在图2的实施方式中，电动工具10包括电流开关SW，当电池包20安装至电动工具10后，电流开关SW接通后，电池包20通过限流元件3511为储能元件34以第一电流充电。

在图3的实施方式中，电动工具10不包括电流开关SW，而是包括信号开关K，当电池包20安装至电动工具10后，电池包20就会通过限流元件3511为储能元件34以第一电流充电。在一些具体的实施方式中，限流元件3511具体可以是电阻器R。

第二电路352包括开关元件3521，开关元件3521与储能元件34串联连接，且与限流元件3511并联连接，用于使储能元件34以第二电流充电或放电。第二电流在储能元件34与所述驱动电路32之间流动。作为一种实施方式，开关元件3521为半导体开关（如图4），作为另一种实施方式，开关元件3521为继电器开关（如图5）。

控制模块31被配置为：在储能元件34通过限流元件3511以第一电流充电至达到预设条件后，控制开关元件3521接通以使限流元件3511短路。

这样，储能元件34在以第一电流充电至达到预设条件后，可以直接并联连接至驱动电路32，用于为驱动电路32进行滤波，在驱动电路32工作后，储能元件34以第二电流充电或放电，第二电流在储能元件34与驱动电路32之间流动，从而储能元件34能够为驱动电路32滤波。

可选地，所述第一电流的电流值的取值范围为20mA~1500mA。也即是说，在电池包20安装至电动工具10以后，先以小电流对储能元件34充电，避免电解电容C在充电瞬间会有产生大电流而导致在电动工具10的连接端子和电池包20的连接端子间产生电火花，当电解电容C充电达到预设条件后，通过使开关元件3521接通来使限流元件3511短路，从而使得储能元件34能够直接与驱动电路32并联连接，以为驱动电路32正常滤波，而不会让限流元件3511继续消耗电池包20的电量。

具体地，在电池包20安装至电动工具10的初始阶段，电池包20的正极电源端子B+和负极电源端子B-与电动工具10的正极连接端子T+和负极连接端子T-连接，储能元件34先通过限流元件3511充电，待储能元件34充电至达到预设条件后，控制模块31输出控制信号控制开关元件3521接通，从而限流元件3511被短路，储能元件34与驱动电路32并联连接，当驱动电路32工作以后，储能元件对驱动电路32进行滤波，此时储能元件34以第二电流充电或放电。

作为一种实施方式，控制模块31被配置为：在储能元件34通过限流元件3511以第一电流充电至达到预设电压阈值后，控制开关元件3521接通以使限流元件短路。

可选地，预设电压阈值与电池包20的电压值相等或基本相等。这样，在储能元件34与电池包20之间的压差很小或没有压差之后，再使储能元件34与驱动电路32并联连接，从而能够正常为驱动电路32进行滤波。

参照图2和图4，可选地，电动工具10还包括第一电压检测电路36，用于检测储能元件34两端的电压。也即是说，通过电压检测单元36检测储能元件34是否达到预设电压阈值，当电压检测单元36检测到储能元件34的电压达到预设电压阈值，触发控制模块31输出控制信号给开关元件3521，使开关元件3521接通，从而使限流元件3511短路，以使储能元件34能够直接并联到驱动电路32的两端，用于对驱动电路32进行滤波作用。

可选地，电动工具10还包括第二电压检测单元（未示出），用于检测电池包20的电压。

作为一种实施方式，控制模块31被配置为：储能元件34通过限流元件3511以第一电流充电至达到预设电量阈值后，控制开关元件3521接通以使限流元件3511短路。可选地，预设电量阈值与储能元件34的满电电量的比值的取值范围为0.7~1。

可选地，控制模块31被配置为：在储能元件34通过限流元件3511以第一电流充电预设时长后，控制开关元件3521接通以使限流元件短路3511。

参照图4，作为一种具体实施方式，开关元件3521为半导体开关Q1，先例元件3511为电阻器R。半导体开关Q1例如是场效应管或双极性晶体管，以场效应管为例，场效应管的栅极电连接至控制模块31，另外两个电极与电阻器R并联连接后与储能元件34串联连接。在储能元件34以第一电流充电至达到预设条件后，控制模块31输出控制信号控制半导体开关Q1接通，从而使电阻器R短路，从而使储能元件34直接并联连接到驱动电路32的两端，用于滤波作用。

参照图5，作为另一种具体实施方式，开关元件351为继电器J，继电器J的控制线圈与控制模块31电性连接，具体地，继电器J的控制线圈电性连接到控制模块31中的电源模块（未示出），控制模块31通过控制电子开关（未示出）能够控制继电器J的控制线圈通电状态。在在储能元件34以第一电流充电至达到预设条件后，控制模块31输出控制信号控制继电器J的控制线圈通电，从而使电阻器R短路，从而使储能元件34直接并联连接到驱动电路32的两端，用于对驱动电路32进行滤波作用。

参照图3和图5，作为另一种实施方式，通过用户输入的触发信号来触发控制模块31输出控制信号给开关元件351，使开关元件351接通，从而使限流元件352短路，以使储能元件34能够直接并联到驱动电路32的两端，用于对驱动电路32进行滤波作用。

本实施方式是基于割草机等电动工具的结构特性，电池包20的安装位置与用于启动电动工具10的操作机构（例如，扳机）的位置相隔较远，从用户***电池包20到割草机到用户操作操作机构的过程，其时间要远大于储能元件34的充满电的时间，当用户操作操作机构时，储能元件34早已充满电，无需检测接通电池包20经过的预设时间以及电池包20的电压和储能元件34的电压是否相等，此时启动电动工具10，不会出现电容充电出现大电流，导致电动工具10和电池包20的连接端子处产生电火花，或损坏开关触点现象。

具体地，电动工具10还包括：触发机构，可操作地被触发以启动电机33，触发机构例如是前述的扳机15；信号开关K，与触发机构关联连接，且与控制模块31电连接，信号开关K由触发机构触发而改变通断状态，用于输出启动信号至控制模块31；控制模块31被配置为：在所述信号开关K输出启动信号后，输出第一控制信号控制开关元件3521接通以使限流元件3511短路。这样，储能元件34直接并联连接到驱动电路32的两端，能够对驱动电路32进行滤波作用。

可选地，在开关元件3521接通后，控制模块31输出第二控制信号至驱动电路32以使电机33启动。也即是说，待至储能元件C以第一电流充电达到预设条件后，且开关元件3521接通而使限流元件3511短路之后，再使驱动电路32工作，从而使得储能元件34能够正常为驱动电路32滤波。

与上一实施方式相比，通过信号开关K来触发控制模块31输出控制信号给开关元件351的方式，无需电压检测电路36来检测储能元件34两端电压，电路设计更简单，成本更低。

通过这样的方式，在电池包20安装至电动工具10的初始阶段，使储能元件通过限流元件缓慢充电，能够避免电解电容C直接充电瞬间产生大的电流，导致在电动工具10的连接端子和电池包20的连接端子之间产生电火花或开关触点损伤等情况发生；并且在电解电容C充电达到预设条件后，例如，达到预设电压阈值、达到预设电量阈值或达到预设时长，此时，通过使限流元件3511短路来使电解电容C并联至驱动电路32的两端以正常对驱动电路32进行滤波，而不会使限流元件3511继续消耗电池包的电量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动工具，使用电池包供电，所述电池包可拆卸地安装至所述电动工具，所述电动工具包括：

电机；

驱动电路，用于驱动所述电机输出动力；

控制模块，用于控制所述驱动电路；

储能元件，与所述驱动电路连接；

限流元件，与所述储能元件串联连接，用于使所述储能元件以第一电流充电；

开关元件，与所述储能元件串联电性连接，且与所述限流元件并联连接，用于使所述储能元件以第二电流充电或放电。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述控制模块被配置为：

在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设电压阈值后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于，

所述预设电压阈值与所述电池包的电压值相等或基本相等。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述控制模块被配置为：

在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设电量阈值后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述控制模块被配置为：

在所述储能元件通过所述限流元件以所述第一电流充电至达到预设时长后，控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

6.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

所述开关元件为继电器开关或半导体开关。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

还包括：

正极连接端子，用于与所述电池包的正极电源端子连接；

负极连接端子，用于与所述电池包的负极电源端子连接；

所述驱动电路具有：

第一驱动端，与所述正极连接端子连接；

第二驱动端，与所述负极连接端子连接；

所述储能元件连接至所述第一驱动端或所述第二驱动端。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：

还包括：

触发机构，可操作地被触发以用于启动所述电机；

信号开关，与触发机构关联连接，用于输出启动信号至所述控制模块；

所述控制模块被配置为：

在接收到所述信号开关输出所述启动信号后，输出第一控制信号控制所述开关元件接通以使所述限流元件短路。

9.根据权利要求8所述的电动工具，其特征在于：

所述控制模块被配置为：

在所述开关元件接通后，输出第二控制信号至所述驱动电路以使所述电机转动。

10.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，

还包括：

第一检电压检测电路，用于检测所述储能元件两端的电压。

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