專利名稱：電動(dòng)工具的控制方法及應(yīng)用該控制方法的電動(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)工具的控制方法，尤其涉及一種用于控制電動(dòng)螺絲刀 的電纟幾轉(zhuǎn)速的方法。本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用上述控制方法的電動(dòng)工具，尤其涉及一種應(yīng)用該控 制方法的電動(dòng)螺絲刀。
技術(shù)背景現(xiàn)有的電動(dòng)工具，如電動(dòng)螺絲刀，通過加載的電源提供電流，來驅(qū)動(dòng)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作頭旋轉(zhuǎn)以將螺絲鉆進(jìn)木板中。不同類型的螺絲具有不同的主 體直徑，或者具有不同的頭部形狀，如此，其鉆進(jìn)同一木板中的情形也各不相 同。此外，不同的木板由于材質(zhì)不同使得其硬度也不同，如此，同一螺絲鉆進(jìn) 不同材質(zhì)的木板中的情況也不盡相同。通常在電動(dòng)螺絲刀的使用過程中，使用 者需要將螺絲鉆至頭部貼近工件的表面，如此，使用者需要非常小心地關(guān)注鉆 進(jìn)過程，以當(dāng)螺絲的頭部貼近工件的表面時(shí)控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。從而， 一方面避免 螺絲頭部被過深地鉆入木板內(nèi)部，另 一 方面避免螺絲頭部被不小心鉆進(jìn)木板后， 由于遭受過大阻力而使電機(jī)過載。通常這種電動(dòng)工具會(huì)設(shè)有過載保護(hù)裝置。這種過載保護(hù)裝置可以是一種機(jī) 械式離合器，可在上述電流過載的情況下，使電動(dòng)工具的工作頭與電機(jī)脫離配 合。采用這種過載保護(hù)裝置的電動(dòng)工具通常會(huì)同時(shí)在其機(jī)殼的前部設(shè)有一個(gè)扭 力罩，即一個(gè)標(biāo)有若干刻度的可旋轉(zhuǎn)的罩子。這些刻度表示電動(dòng)工具工作的極 限扭力檔位。使用者使用時(shí)可預(yù)先通過旋轉(zhuǎn)扭力罩來設(shè)定電動(dòng)工具工作的極限 扭力值，也就是說，當(dāng)電動(dòng)工具工作中輸出的扭力矩達(dá)到或超過該預(yù)先設(shè)定的 極限值時(shí)，離合器系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開始工作而使電動(dòng)工具的工作頭和電機(jī)脫離配合。 此外，采用這種過載保護(hù)裝置的電動(dòng)螺絲刀也可以是在其機(jī)殼的前端延伸出一 個(gè)套管，該套管的前端與電動(dòng)螺絲刀的工作頭的前端基本持平。通過這種設(shè)置， 當(dāng)螺絲鉆到的其頭部貼到木板的表面時(shí)，套管的前端部也貼到木板的表面，再 進(jìn)一步鉆動(dòng)螺絲，套管會(huì)受到木板的抵壓而使其觸動(dòng)機(jī)殼內(nèi)的離合器機(jī)構(gòu)，從 而使工作頭和電機(jī)脫離配合。然而上述機(jī)械式離合器結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，制造麻 煩，成本較高。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種電動(dòng)工具的控制方法，其可自動(dòng)確保由電動(dòng)工具的工作頭 驅(qū)動(dòng)的工作件到達(dá)預(yù)定位置，并且該工作件不會(huì)進(jìn) 一 步越過該預(yù)定位置。本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述控制方法的電動(dòng)工具，其具有電子控制組件，可避免由工作頭驅(qū)動(dòng)的工作件在到達(dá)預(yù)定位置后進(jìn)一步越過該位置。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種電動(dòng)工具的控制方法，其中電動(dòng)工具被供給電流來產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)速度， 該控制方法包括如下步驟測量供給電動(dòng)工具的隨時(shí)間(t)變化的電流(i); 獲得所述電流對(duì)時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)(di/dt)或二次導(dǎo)數(shù)(d2i/dt2); 根據(jù)所述一 次導(dǎo)數(shù)或二次導(dǎo)數(shù)生成相應(yīng)的控制信號(hào)；以及 根據(jù)所述控制信號(hào)降低所述電動(dòng)工具的旋轉(zhuǎn)速度。 一種電動(dòng)工具，包括電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)工作頭旋轉(zhuǎn)，其具有一旋轉(zhuǎn)速度； 電源，用于供給所述電機(jī)電流； 傳感器，用于測量所述電流；控制組件，用于檢測所述電流隨時(shí)間的變化率，從而生成控制信號(hào)來降低 所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在電動(dòng)工具內(nèi)增設(shè)相關(guān)的電子控制組件來自 動(dòng)檢測工作頭驅(qū)動(dòng)的工作件是否已到達(dá)預(yù)定位置，并且在檢測到該工作件到達(dá) 預(yù)定位置后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，確保其不會(huì)進(jìn)一步越過該預(yù)定位置。并且，由于沒 有采用復(fù)雜的機(jī)械式離合器結(jié)構(gòu)，使制造簡單，成本降低。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 圖1是現(xiàn)有的電動(dòng)工具工作時(shí)的電流與時(shí)間的關(guān)系曲線圖。 圖2是圖1中電流對(duì)時(shí)間一次求導(dǎo)后的導(dǎo)數(shù)曲線圖。 圖3與圖1中電流對(duì)時(shí)間二次求導(dǎo)后的導(dǎo)數(shù)曲線圖。 圖4是本發(fā)明的電動(dòng)工具的工作原理框圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的控制方法可應(yīng)用于多種類型的電動(dòng)工具，以下主要以電動(dòng)螺絲刀 為具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。如圖1所示的電動(dòng)螺絲刀工作時(shí)電流隨時(shí)間的變化曲線圖。配合參照?qǐng)D4所示，該電動(dòng)螺絲刀2被使用者按壓以驅(qū)使工作件14,在本實(shí)施方式中該工作件為螺絲，鉆入一木板16中。使用者的按壓力基本上接近一個(gè)常量。其中字母 t表示螺絲鉆入木板的時(shí)間及隨之螺絲在木板中相應(yīng)的位置。字母i表示提供給 電動(dòng)螺絲刀的電沖幾的電流以及隨之相應(yīng)加載在電4幾上的負(fù)栽或馬區(qū)動(dòng)力。圖1中的曲線包括第一部分A,第二部分K,和第三部分B。其中第一部 分A是一段上升曲線，其表示螺絲的主體部分鉆入木板的鉆進(jìn)過程，這段上升 曲線基本上是線性的，或者可以稍微有些彎曲和波折。緊隨著第一部分A的第 二部分K也可以稱作拐點(diǎn)部分(knee) K。該拐點(diǎn)部分K是一個(gè)正向的曲線變 化，也就是說，拐點(diǎn)部分K相對(duì)于第一部分A有向上傾斜的突變，這表示螺絲 的頭部開始接觸到木板的表面。緊隨拐點(diǎn)部分K的是第三部分B,其同樣是一 段基本上是線性的，或者可以稍微有些彎曲和波折的上升曲線。但曲線B要比 曲線A陡峭得多。事實(shí)上，圖1中的曲線表示的是沒有應(yīng)用本發(fā)明的控制方法進(jìn)行保護(hù)的電 動(dòng)工具的工作情況，所以曲線的第三部分B表示此時(shí)電動(dòng)工具會(huì)產(chǎn)生非常高的 電流而導(dǎo)致將螺絲的頭部鉆入木板中。因此，有必要在拐點(diǎn)部分K之后采取必 要的措施來避免上述產(chǎn)生過高電流的情形發(fā)生。當(dāng)螺絲鉆至與拐點(diǎn)部分K對(duì)應(yīng)的位置時(shí)，繼續(xù)鉆入過程不僅會(huì)使螺絲的頭 部鉆入木板中，而且也可能會(huì)損壞電機(jī)。所以，本發(fā)明是基于自動(dòng)檢測拐點(diǎn)部 分K，然后在檢測到以后自動(dòng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。圖2和圖3將解釋本實(shí)施方式中如何檢測拐點(diǎn)部分K.圖2是圖1中電流i對(duì)時(shí)間t求一次導(dǎo)數(shù)di/dt后的曲線圖。其中，圖l中 的第一部分A和第二部分B在該圖上相應(yīng)顯示為平行于水平坐標(biāo)軸t的直線， 而第二部分K則顯示為一急速上升的曲線。圖2是圖1中電流i對(duì)時(shí)間t求二次導(dǎo)數(shù)d2i/dt2后的曲線圖。其中，圖1 中的第一部分A和第二部分B經(jīng)二次求導(dǎo)后數(shù)值已變?yōu)榱?，而第二部分K則 顯示為一開口向下的拋物線，并在拋物線的頂部區(qū)域(包含拋物線頂點(diǎn)在內(nèi)的 一個(gè)特定區(qū)間)形成一峰值信號(hào)p。配合參照?qǐng)D4所示，當(dāng)該峰值信號(hào)p形成 時(shí)，會(huì)隨之產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)s。當(dāng)然，在優(yōu)選的實(shí)施方式中，可預(yù)先設(shè)定一 個(gè)極限值v，該控制信號(hào)s僅當(dāng)峰值信號(hào)p為正值并且數(shù)值上大于預(yù)設(shè)的極限 值v時(shí)產(chǎn)生。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可輕易想到的是，該控制信號(hào)s也可 在電流i對(duì)時(shí)間t第一次求導(dǎo)后產(chǎn)生，如通過電容器的方式，當(dāng)檢測到一次導(dǎo) 數(shù)大于一預(yù)定的極限值之后即產(chǎn)生控制信號(hào)s。圖4所示的是本發(fā)明的應(yīng)用上迷控制方法的電動(dòng)工具，以下仍以電動(dòng)螺絲刀為例進(jìn)行說明。電動(dòng)螺絲刀2包括部分4、電源18、和開關(guān)20。其中部分4 包括電機(jī)6，用于驅(qū)動(dòng)一工作頭14旋轉(zhuǎn)，以將一螺絲14鉆進(jìn)木板16中。電機(jī) 6到工作頭14之間依次通過一機(jī)械式彈簧與離合器系統(tǒng)12、以及一卡盤10連 接。當(dāng)然在本實(shí)施方式中，離合器系統(tǒng)也可省去。本實(shí)施方式中，電源18是直 流電源，或者是可充電電池，可在開關(guān)20閉合時(shí)供給電機(jī)6直流電。當(dāng)然，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可輕易想到，采用交流電源替代本實(shí)施方式中的直流電 源。電源1 8和電機(jī)6之間連接有電子控制裝置2 2和用于檢測電流的傳感器2 4 。 該電動(dòng)螺絲刀還包括一第一求導(dǎo)單元26和第二求導(dǎo)單元28。本實(shí)施方式中， 傳感器24會(huì)實(shí)時(shí)檢測供給電機(jī)的電流i，同時(shí)生成與檢測到的電流成一定比例 的信號(hào)并傳遞給第一求導(dǎo)單元26;而后第一求導(dǎo)單元26根據(jù)電流和時(shí)間求得 如圖2所示的第一導(dǎo)數(shù)di/dt,同時(shí)生成一個(gè)與該第一導(dǎo)數(shù)成一定比例的信號(hào)并 進(jìn)一步傳遞給第二求導(dǎo)單元28;隨后，第二求導(dǎo)單元28求得如圖3所示的第 二導(dǎo)數(shù)，并在預(yù)設(shè)條件產(chǎn)生時(shí)，如上述提到的當(dāng)峰值信號(hào)p為正值并且數(shù)值上 大于預(yù)設(shè)的極限值v時(shí)，生成控制信號(hào)s。在本實(shí)施方式中，該控制信號(hào)s被 用于降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速或中斷向電機(jī)提供電力。也就是說，控制信號(hào)s被用于將 供給電機(jī)的電流i減小到一個(gè)較低的水平或減至零，從而來降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速或 使電機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)然，該控制信號(hào)s也可被用于改變電流i的流向，從而使電機(jī)6 能迅速的停下來。在本實(shí)施方式中，控制信號(hào)s會(huì)被傳遞到電子控制裝置22， 而后由電子控制裝置22來執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，這些動(dòng)作可以是在峰值信號(hào)p產(chǎn)生 后即時(shí)產(chǎn)生，也可以是延遲一段時(shí)間后產(chǎn)生，該延遲可以在電子控制裝置22 內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也可以通過單獨(dú)設(shè)置的延遲單元來實(shí)現(xiàn)。如前所述，控制信號(hào)s也可以由第一求導(dǎo)單元26在一次求導(dǎo)并滿足特定條 件后直接生成并傳遞給電子控制裝置22來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，電子控制裝置22可以包括一微處理器，上述第一求 導(dǎo)單元26、第二求導(dǎo)單元28、或者可能存在的延遲單元等所實(shí)現(xiàn)的功能均可以 通過固化在微處理器內(nèi)的指令來執(zhí)行。在其他可選的實(shí)施方式中，供給電機(jī)6的電流i可以在連續(xù)的時(shí)間間隔At 內(nèi)測得，這些連續(xù)的時(shí)間間隔At可以是相同的。檢測到的電流i隨后被數(shù)字化 處理，分別求兩個(gè)連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)的電流對(duì)時(shí)間的 一 次導(dǎo)數(shù)di/dt,而后比較 這兩個(gè)一次導(dǎo)數(shù)；如果比較的結(jié)果表明兩者基本上不相同(相當(dāng)于前述實(shí)施方7式中的二次求導(dǎo))，即意味著螺絲的頭部已到達(dá)木板16的表面，接著就會(huì)生成 前面提到的控制信號(hào)s。本發(fā)明通過在電動(dòng)工具內(nèi)增設(shè)相關(guān)的電子控制組件來自動(dòng)檢測工作頭驅(qū)動(dòng) 的工作件是否已到達(dá)預(yù)定位置，并且在檢測到該工作件到達(dá)預(yù)定位置后執(zhí)行相 應(yīng)動(dòng)作，確保其不會(huì)進(jìn)一步越過該預(yù)定位置。上述以電動(dòng)螺絲刀為例進(jìn)行說明，當(dāng)然，本發(fā)明的控制方法也可以應(yīng)用于 其他電動(dòng)工具，如電鉆、電動(dòng)扳手等。由于這種應(yīng)用對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員而言，可通過上述實(shí)施方式輕易實(shí)現(xiàn)，所以申請(qǐng)人在此不再予以贅述。
權(quán)利要求
1. 一種電動(dòng)工具的控制方法，其中電動(dòng)工具被供給電流來產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)速度，該控制方法包括如下步驟測量供給電動(dòng)工具的隨時(shí)間(t)變化的電流(i)；獲得所述電流對(duì)時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)(di/dt)或二次導(dǎo)數(shù)(d2i/dt2)；根據(jù)所述一次導(dǎo)數(shù)或二次導(dǎo)數(shù)生成相應(yīng)的控制信號(hào)；以及根據(jù)所述控制信號(hào)降低所述電動(dòng)工具的旋轉(zhuǎn)速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于在產(chǎn)生控制信號(hào)的步驟前 還包括預(yù)先設(shè)定 一 個(gè)極限值，所述控制信號(hào)只有在所述 一 次導(dǎo)數(shù)或二次導(dǎo)數(shù)為 正值且數(shù)值大于所述預(yù)定極限值時(shí)才生成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其進(jìn)一步包括 在連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)測量所述供給電動(dòng)工具的電流； 比較兩個(gè)連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)獲得的 一 次導(dǎo)數(shù)；當(dāng)所述的兩個(gè)連續(xù)的時(shí)間間隔的 一 次導(dǎo)數(shù)不相同時(shí)，生成所述控制信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述控制信號(hào)被延遲生成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述控制信號(hào)被用于將電 動(dòng)工具的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定到 一個(gè)低速水平或零，所述控制信號(hào)即時(shí)或在預(yù)定的延 遲時(shí)間后產(chǎn)生。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于所述供給電動(dòng)工具的電 流是直流電流，所述控制信號(hào)被用于改變所述直流電流的流向以使電動(dòng)工具停轉(zhuǎn)。
7. —種電動(dòng)工具，包括電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)工作頭旋轉(zhuǎn)，其具有一旋轉(zhuǎn)速度； 電源，用于供給所述電機(jī)電流； 傳感器，用于測量所迷電流；控制組件，用于檢測所述電流隨時(shí)間的變化率，從而生成控制信號(hào)來降低 所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述傳感器在連續(xù)的時(shí) 間間隔內(nèi)測量所述電流，其中控制組件用于在每 一 時(shí)間間隔內(nèi)確定所述電流對(duì)時(shí)間的 一 次導(dǎo)數(shù)(di/dt); 比較兩個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔的一次導(dǎo)數(shù)；以及如果所述兩個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔的一次導(dǎo)數(shù)不相同，生成所述控制信號(hào)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述控制組件包括微處 理器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述控制信號(hào)被用于 將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定到 一 個(gè)低速水平或零，所述控制信號(hào)即時(shí)或在預(yù)定的延 遲時(shí)間后產(chǎn)生。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所迷的電動(dòng)工具，其特征在于該電動(dòng)工具進(jìn)一步包括 用于根據(jù)所述控制信號(hào)關(guān)斷所述供給電機(jī)電流的開關(guān)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述控制組件被用于根 據(jù)所述控制信號(hào)的產(chǎn)生來改變所述供給電機(jī)的電流的流向以使電動(dòng)工具停轉(zhuǎn)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于該電動(dòng)工具進(jìn)一步包括 延遲單元，用于延遲所述控制信號(hào)的發(fā)生。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述延遲單元的延遲 時(shí)間由該電動(dòng)工具的使用者設(shè)定。
15. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述電流隨時(shí)間的變化 率為電流對(duì)時(shí)間的 一 次導(dǎo)數(shù)(di/dt)或二次導(dǎo)數(shù)(d2i/dt2 ),所述控制信號(hào)在所 述一次導(dǎo)數(shù)或二次導(dǎo)數(shù)為正值并且數(shù)值上大于預(yù)先設(shè)定的極限值時(shí)產(chǎn)生。
16. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述電流隨時(shí)間的變 化率為電流對(duì)時(shí)間的一次導(dǎo)數(shù)(di/dt)，所述控制信號(hào)通過電容方式源自于所述 一次導(dǎo)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)工具，其包括電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)工作頭旋轉(zhuǎn)，其具有一旋轉(zhuǎn)速度；電源，用于供給所述電機(jī)電流；傳感器，用于測量所述電流；控制組件，用于檢測所述電流隨時(shí)間的變化率，從而生成控制信號(hào)來降低所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。本發(fā)明通過在電動(dòng)工具內(nèi)增設(shè)相關(guān)的電子控制組件來自動(dòng)檢測工作頭驅(qū)動(dòng)的工作件是否已到達(dá)預(yù)定位置，并且在檢測到該工作件到達(dá)預(yù)定位置后執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，確保其不會(huì)進(jìn)一步越過該預(yù)定位置。
文檔編號(hào)H02H7/08GK101247100SQ20071002015
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者強(qiáng)尼·鮑瑞那圖, 沈建成 申請(qǐng)人:蘇州寶時(shí)得電動(dòng)工具有限公司