[发明专利]用于在电动钻机中提供转矩极限反馈的方法和装置

说明书

相关申请的交叉参考

本发明要求以2005年11月4日提交的美国临时专利申请 No.60/733,546作为优先权。该临时专利申请的内容在此全部引入作为参考。

技术领域

本申请中所述的电路涉及电动工具，更具体地，涉及便携式手持电动 工具。

背景技术

众所周知电动工具包括电池驱动的工具。这些工具通常包括电动机， 该电动机具有与用于支持工具的主轴相连的输出轴。所述工具可以是钻头、 研磨盘、去毛刺装置等。从电源向电动机供给电力。电源可以是电池电源 例如可充电的镍镉蓄电池(Ni-Cad)或其它可充电的电池，这些电池可以 从工具上脱开以对电池进行充电并连接在工具上以提供动力。

电源通过电源开关与电动机相连。开关包括用于使开关与电源相连的 输入电触点。在开关壳体内，有时被称为开关的可移动元件与输入电触点 和电位计的电刷相连。当可移动元件压靠在开关的偏压部件上时，其引起 输入电触点闭合并向电动机的一个终端和电位计的电刷提供电流。可移动 元件受到偏压，从而在可移动元件被释放时偏压力使可移动元件回到输入 电触点断开的位置。电流通过电位计与定信号发生器例如555电路相连。 当克服偏压力继续拉动所述元件或触发器时使得电刷将电位计的电阻从断 路降低到低电阻或短路状态时，向定时信号发生器供给的电流水平增加。

定时信号发生器的输出与固态元件例如MOSFET(金属氧化物半导体 场效应晶体管)的栅极相连。固态元件的源极和漏极连接在电动机的第二 终端与电接地之间。响应于定时信号打开和关闭固态元件，电动机通过固 态元件与电接地选择性地相连。因而，当定时信号使固态元件能够以越来 越长的时间间隔连接电动机和电接地时，电流在更长的时间间隔内流过电 动机。电动机与电源相连的时间越长，电动机使其输出轴旋转的越快。从 而，工具操作者能够通过操纵动力开关的触发器来改变电动机的速度并相 应改变工具主轴的旋转速度。

通过定时电路产生的定时信号因在逻辑接通状态与逻辑断开状态之间 交替变化而选择性地连接电动机和电源。在逻辑断开过程中，电动机不再 与电源相连。然而，电动机的绕组中仍然存在电流。为了向该电流提供通 路，跨过电动机的终端设置续流二极管。

电源开关的触发器还与两组触点相连。一组触点被称为旁通触点组。 当触发器抵靠偏压部件到达其行程停止位置时，其促使旁通触点闭合。旁 通触点的闭合导致电流流过电动机以绕过固态元件并被分流到电接地。这 一动作使电动机能够保持与电源连续相连并达到其最大速度。

由开关触发器控制的另一组电触点是制动触点。当触发器处于完全偏 置的关断位置时，这些触点闭合。当触发器克服偏压力移动时，制动触点 断开。制动触点使电动机的一个终端与电动机的另一终端相连。响应于触 发器从使动力能够供给到电动机的位置得到释放，制动触点闭合以为电动 机的动态制动提供穿过电动机的电流通路。这样使电动机能够比发动机在 摩擦作用下仅仅逐渐达到停止的情况更快速地达到停止。

已知电源开关的局限涉及对手持式电动工具的转矩控制。在一些电池 驱动的工具中，采用机械式离合器设定工具的转矩极限。当工具旋转的阻 力导致由工具产生的转矩提高到转矩极限时，离合器滑移以降低转矩。随 后转矩再次构建直至其达到极限以及离合器再次滑移。离合器滑移之后重 建转矩的反复动作被操作者感受为振动。这一振动告知操作者工具在设定 转矩极限下操作。所述滑移还导致机械部件因摩擦和冲击而磨损。

一些电池驱动的工具完成转矩控制是通过感测由电动机传导的电流水 平、将其与转矩电流极限信号进行比较、以及响应于电流水平和转矩电流 信号的相等而解除向电动机供电来实现的。响应于电流水平达到转矩电流 极限，通过电源开关装置例如MOSFET从电路中去除电池电流。尽管这一 操作可以使电动机转矩保持处于或低于转矩极限，但其不会以操作者习惯 的方式也就是与通常机械式离合器相伴随的工具振动的方式告知操作者已 经达到所述极限。相反，从电动机上去除电流导致电动机惯性运转直至在 重新向电动机供给电流时电动机电流下降到转矩极限以下。这种相对安静 的接通/断开工具电动机的操作导致操作者判断工具电动机因需要修理而 间歇性操作。因而，操作者会错误地将工具送修。

发明内容