專利名稱：變速工具及其變速控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變速工具，尤其是一種由電機(jī)驅(qū)動的帶變速傳動機(jī)構(gòu)可 輸出不同轉(zhuǎn)速的工具，如電鉆、螺絲批和錘鉆等，本發(fā)明還涉及該類變速工 具的變速控制方法。
背景技術(shù)：
一種變速工具，如電鉆、螺絲批和錘鉆等，帶有變速傳動機(jī)構(gòu)可輸出不 同的轉(zhuǎn)速以適應(yīng)不同的負(fù)載扭矩。變速工具的變速傳動機(jī)構(gòu)通常都包括連接 電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過改變與齒輪傳動 機(jī)構(gòu)的嚙合關(guān)系從而改變傳動比，使得輸出軸輸出不同的速度。在現(xiàn)有技術(shù) 中，美國專利6431289號中介紹到，將行星齒輪機(jī)構(gòu)內(nèi)的兩個內(nèi)齒圈分別沿 軸向可前后移動地設(shè)置，從殼體外部用操作部件切換各內(nèi)齒圈的位置，借此， 通過將行星齒輪與行星架 一 體旋轉(zhuǎn)及單獨(dú)旋轉(zhuǎn)組合在 一 起，可選擇三種輸出 軸的旋轉(zhuǎn)速度。但是這種人工操作方法使得操作者不得不時刻關(guān)注工具的工 作狀態(tài)、負(fù)載變化情況并判斷什么時刻應(yīng)該調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。這種人工操作對 操作者并不友善。并且當(dāng)操作者控制操作部件軸向移動內(nèi)齒圈進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)行 星架與外殼的止轉(zhuǎn)裝置卡接的時候，很容易造成內(nèi)齒圈與外殼止轉(zhuǎn)裝置之間 的打齒，這樣不僅容易造成換檔失效，而且會導(dǎo)致變速機(jī)構(gòu)的壽命縮短，影 響整個工具的使用壽命。
又如美國專利公告第6824491號揭示的自動變速機(jī)構(gòu)，其控制系統(tǒng)可根 據(jù)負(fù)載扭矩變化自動調(diào)整與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的嚙合關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同速度的輸出， 該控制系統(tǒng)利用帶凸輪面的推環(huán)旋轉(zhuǎn)推動滑環(huán)軸向移動，進(jìn)而驅(qū)動齒輪傳動 機(jī)構(gòu)中的內(nèi)齒圏軸向移動與設(shè)置在外殼上的止轉(zhuǎn)裝置卡接。歐洲專利申請公 開第EP0787931A1也公開了 一種自動變速機(jī)構(gòu)。上述這些自動變速機(jī)構(gòu)均以 機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系變化對應(yīng)輸出扭力的變化來實(shí)現(xiàn)自動換檔，這種機(jī) 械式變速機(jī)構(gòu)不僅使得齒輪傳動機(jī)構(gòu)內(nèi)部的機(jī)械構(gòu)造更為復(fù)雜，而且由于內(nèi) 齒圈在軸向移動的同時也在轉(zhuǎn)動，而外殼是相對固定的，所以當(dāng)該變速機(jī)構(gòu) 在變速的時候，轉(zhuǎn)動中的內(nèi)齒圏的齒與外殼上的止轉(zhuǎn)裝置的齒會相互碰撞而 很難嚙合，因此無法真正實(shí)現(xiàn)自動換檔及進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種變速工具，該工具通過機(jī)電結(jié) 合的手段來筒化結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)在不同的輸出檔位之間作自動切換的目的。
本發(fā)明所要解決的另 一個技術(shù)問題是保證自動切換檔位的過程穩(wěn)定順 暢，避免產(chǎn)生"打齒"現(xiàn)象，從而延長工具使用壽命。
本發(fā)明所要解決的再 一 個技術(shù)問題是提供 一 種變速工具的變速控制方 法，該方法可以使變速工具依其輸出軸扭矩負(fù)載變化自動變換不同的輸出檔 位。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種變速工具，包括電源，電機(jī)，輸出軸，連接 電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少一齒輪組件及一 移動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸出檔 位，所述變速工具還包括 一 控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制單元及驅(qū)動裝置， 所述控制單元可控制驅(qū)動裝置進(jìn)行自動換檔。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案是 一種變速工具，包括電源，電機(jī)，輸出軸， 連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少 一 齒輪組件 及一移動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸 出檔位，所述變速工具還包括一控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括控制單元、功能開 關(guān)及驅(qū)動裝置，所述變速工具有手動與自動兩種控制模式，其中手動模式時， 功能開關(guān)為斷開狀態(tài)；自動模式時，功能開關(guān)為閉合狀態(tài)，此時控制單元可 控制驅(qū)動裝置進(jìn)行自動換檔。
本發(fā)明的再一技術(shù)方案是 一種變速工具，包括電源，電機(jī)，輸出軸， 連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少 一 齒輪組件 及一移動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸 出檔位，所述變速工具還包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制單元及驅(qū)動裝 置，當(dāng)變速工具需要換檔時，控制單元先調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭 矩，再控制驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔。
本發(fā)明的變速控制方法是用以控制所述的變速工具在第 一 輸出轉(zhuǎn)速與第 二輸出轉(zhuǎn)速之間作變速，所述的變速工具包括電機(jī)、輸出軸、連接電機(jī)和輸 出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)、以及控制系統(tǒng)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少一齒輪組 件及一移動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的 輸出檔位，控制系統(tǒng)包括一控制單元及一驅(qū)動裝置，所述的變速控制方法包
括以下步驟
1) 負(fù)載扭矩檢測步驟所述控制系統(tǒng)檢測變速工具電路參數(shù)，判斷輸出
軸的負(fù)載扭矩變化；
2) 自動換檔步驟控制驅(qū)動裝置的移動件移動至另 一檔位。


下面以電鉆中的變速機(jī)構(gòu)為例結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn) 一 步說明。
圖1是本發(fā)明變速工具的局部剖視圖。
圖2是圖1中的驅(qū)動裝置的局部放大示意圖。
圖3a是本發(fā)明變速工具處于高速檔位時的齒輪傳動機(jī)構(gòu)剖視圖。 圖3b是本發(fā)明變速工具處于低速檔位時的齒輪傳動機(jī)構(gòu)剖視圖。 圖4a是本發(fā)明變速工具的驅(qū)動裝置另 一實(shí)施例的局部剖視圖。 圖4b是圖4中的驅(qū)動裝置的局部放大示意圖。 圖5是本發(fā)明變速工具的控制系統(tǒng)原理方框圖。
圖6是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)中控制單元第一實(shí)施例的原理方框圖。 圖7是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)中控制單元第二實(shí)施例的原理方框圖。 圖8是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)中控制單元第三實(shí)施例的原理方框圖。 其中
1、電源10、電器開關(guān)11、場效應(yīng)管
12、離合器2、電機(jī)3、控制單元
30、處理器31 、速度調(diào)制電路32、負(fù)載檢測電路
33、驅(qū)動裝置控制電路34、檔位信號反饋電路35、信號發(fā)生器
36、功能開關(guān)453、環(huán)形槽9、變速工具
13、主開關(guān)40、第一行星輪4、齒輪傳動機(jī)構(gòu)
41 、第一行星架42、第二行星輪43、第二行星架
44、止轉(zhuǎn)裝置441、內(nèi)齒5、驅(qū)動裝置
45-移動件451、內(nèi)齒452、端齒
51、傳動件512、推桿513、鋼絲套
52、驅(qū)動件521、 永磁鐵522、線圈
523、鐵芯524、 凹槽515、螺桿
525、伺服電機(jī)6、輸出軸8 、控制系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式
參照圖l至圖3b所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置第一實(shí)施 例的結(jié)構(gòu)示意圖。 一種變速工具9,包括電機(jī)2、電機(jī)供電電源1,啟動/停 止電機(jī)的主開關(guān)13、輸出軸6以及齒輪傳動機(jī)構(gòu)4。齒輪傳動機(jī)構(gòu)4包括由 第一行星輪40與第一行星架組成的第一行星齒輪組、由第二行星輪42及第 二行星架43組成的第二行星齒輪組，固定設(shè)置于工具殼體上的止轉(zhuǎn)裝置44 以及可軸向移動的移動件45。驅(qū)動裝置5設(shè)置于齒輪傳動機(jī)構(gòu)4上，包括驅(qū) 動件52及傳動件51,本實(shí)施例的驅(qū)動件是釆用 一 電磁鐵裝置，包括兩個間 隔 一 定距離的永磁鐵521、設(shè)置于永磁鐵中間的鐵芯523及線圈522,其中鐵 芯523上設(shè)有一凹槽524。傳動件為一弧形推桿512及與該弧形推桿512配 接的鋼絲套513。所述推桿512具有設(shè)置于凹槽524內(nèi)的配接部。所述移動 件45是一具有內(nèi)齒451及端齒452的調(diào)速環(huán)45，其上設(shè)置容納鋼絲套513 的環(huán)形槽453。
當(dāng)電磁鐵通電時，線圏鐵芯523將產(chǎn)生磁性而與兩個永磁鐵521的其中 一個發(fā)生吸引。如果電磁鐵的電流反向接通時，鐵芯523則會與另 一個永磁 鐵521產(chǎn)生吸引，從而帶動推桿512、鋼絲套513及調(diào)速環(huán)45 —起移動。如 圖3a所示的高速檔狀態(tài)，此時鐵芯523被其中一個永磁鐵521吸引，相應(yīng)的， 調(diào)速環(huán)45的內(nèi)齒451同時與第一行星架41及第二行星輪42嚙合，此時齒輪 傳動機(jī)構(gòu)4的輸出轉(zhuǎn)速較高；如圖3b所示的低速檔狀態(tài)，此時鐵芯523被另 一個永磁鐵521吸引，相應(yīng)的，調(diào)速環(huán)45的內(nèi)齒451與第二輪42嚙合，同 時其端齒452與工具殼體上的止轉(zhuǎn)裝置44嚙合，此時齒輪傳動機(jī)構(gòu)4的輸出 轉(zhuǎn)速較低。
參照圖4a及圖4b所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置第二實(shí) 施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在前面所述的驅(qū)動裝置第 一實(shí)施例中采用的電磁鐵裝置， 其目的是通過控制電磁鐵的電流方向來改變極性，來驅(qū)動調(diào)速環(huán)45在高低速 檔位間移動。而本實(shí)施例中，改用 一伺服電機(jī)525來作為驅(qū)動件，用一個螺 桿515、帶內(nèi)螺紋的推桿512及鋼絲套513來作為傳動件51,通過伺服電機(jī) 525的正反轉(zhuǎn)來驅(qū)動推桿512在螺桿515上的移動，從而帶動調(diào)速環(huán)45 —起 移動，實(shí)現(xiàn)高低速檔位的嚙合。
請進(jìn)一步參照圖5,是本發(fā)明變速工具的控制系統(tǒng)原理方框圖。所述控 制系統(tǒng)8包括一處理單元3及驅(qū)動裝置5。其中處理單元3包括處理器30及
相關(guān)輸入/輸出電路。 一信號發(fā)生器35與處理器相連接，而于變速工具主電 路電源1與處理器30之間設(shè)置有功能開關(guān)36。驅(qū)動裝置5由處理器30輸出 的控制信號所控制，以便執(zhí)行自動換檔動作，同時，驅(qū)動裝置會將檔位信號 反饋給處理器30。在變速工具操作過程中，根據(jù)操作者的習(xí)慣或者應(yīng)用場合 的實(shí)際需要，操作者可以選擇將功能開關(guān)36閉合，從而啟動控制系統(tǒng)8的自 動換檔控制功能，換言之，該功能開關(guān)36提供了變速工具9手動模式與自動 模式之間的切換功能。如果操作僅需要其中某一個檔位功能時，則可斷開功 能開關(guān)36,用手動模式對變速工具進(jìn)行換檔操作。
當(dāng)變速工具9處于自動模式時，控制系統(tǒng)8的處理器30檢測變速工具的 物理參數(shù)的變化，與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷是否需要開始執(zhí)行自動換檔。本 領(lǐng)域技術(shù)人員也可用處理器外接運(yùn)放電路來代替處理器30進(jìn)行比較運(yùn)算。這 里所述的物理參數(shù)，可以是電氣參數(shù)，比如電機(jī)電流、電壓，也可以是其他 參數(shù)，比如電機(jī)或輸出軸轉(zhuǎn)速、機(jī)械零件的應(yīng)力、扭矩等。在某些使用場合， 操作者或許希望能夠在自動模式下仍然可以自行決定換檔的時間點(diǎn)，也可通 過信號發(fā)生器35手動輸入一個控制信號，使控制系統(tǒng)即時實(shí)現(xiàn)自動換檔。
在自動換檔過程中，控制單元3發(fā)出控制信號給驅(qū)動裝置5 ，驅(qū)動裝置5 中的驅(qū)動件52帶動傳動件51移動，進(jìn)而將齒輪傳動機(jī)構(gòu)4中的移動件45 從高速檔位移動至低速檔位。此過程中，如果電機(jī)2仍在給齒輪傳動機(jī)構(gòu)4 傳遞扭矩，即移動件45仍具有一定的轉(zhuǎn)速，而移動之后需要與靜止的止轉(zhuǎn)裝 置44嚙合(參圖3b ),就會造成移動件45與止轉(zhuǎn)裝置44之間發(fā)生打齒而無 法順利嚙合的問題。本發(fā)明為解決這個問題提出了三種解決方案，以下分別 進(jìn)行說明。
參照圖6,是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的控制單元第 一實(shí)施例原理方框 圖。其中處理單元3包括處理器30、速度調(diào)制電路31、負(fù)載檢測電路32、 驅(qū)動裝置控制電路33及檔位信號反饋電路34。在變速工具9的主電路中， 電源與電機(jī)之間進(jìn)一步設(shè)置一 電器開關(guān)10 (比如場效應(yīng)管、可控硅或繼電器 等)，該電器開關(guān)10由速度調(diào)制電路31控制通斷狀態(tài)。
當(dāng)變速工具開機(jī)時，處理器30控制電器開關(guān)10滯后一段時間(如O.ls) 再導(dǎo)通，在此段時間內(nèi)，首先發(fā)出指令給驅(qū)動裝置控制電路33，給電磁鐵反 向通電，將驅(qū)動裝置5復(fù)位至高速檔位狀態(tài)。然后電源1供電讓電機(jī)2啟動 并處于高速檔正常運(yùn)行。此時輸出軸6帶動工作頭(未圖示)開始進(jìn)行鉆孔 加工。負(fù)載檢測電路32以特定頻率采集電機(jī)的負(fù)載電流，處理器30則將負(fù) 載檢測電路32所采集到的電機(jī)負(fù)載值與預(yù)設(shè)電流值進(jìn)行比較。如果電機(jī)負(fù)載 電流出現(xiàn)長時間超出預(yù)設(shè)電流值的情況，則說明工作頭負(fù)載大，工具需要換 至低速檔大扭矩輸出狀態(tài)。此時處理器30先發(fā)送指令給速度調(diào)制電路31, 控制電器開關(guān)IO切斷電源令電機(jī)停轉(zhuǎn)，電機(jī)電流變?yōu)榱?。此時調(diào)速環(huán)的速度 也會降低至零轉(zhuǎn)速。
之后，處理器發(fā)出指令給驅(qū)動裝置控制電路33,使驅(qū)動裝置5的電磁鐵 反向通電，鐵芯523帶動調(diào)速環(huán)45發(fā)生移動，從而實(shí)現(xiàn)高速檔位向低速檔位 的轉(zhuǎn)換。因?yàn)樵趽Q檔之前，調(diào)速環(huán)45的轉(zhuǎn)速已經(jīng)為零，在其檔位轉(zhuǎn)換至低速 檔過程中，其端齒452與止轉(zhuǎn)裝置44的內(nèi)齒441均為靜止?fàn)顟B(tài)，因此可以很 順利的進(jìn)入嚙合位置，而避免打齒問題的發(fā)生。
控制單元3中的檔位信號反饋電路34在檢測到電磁鐵的鐵芯523與另一 個永磁鐵521接觸時(本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以設(shè)計(jì)成;f全測調(diào)速環(huán)與齒輪組件 之間的嚙合位置關(guān)系)，則代表調(diào)速環(huán)45已經(jīng)成功移動至低速檔位，處理器 則發(fā)出指令給速度調(diào)制電路31,使電器開關(guān)IO導(dǎo)通，電源1恢復(fù)給電機(jī)2 供電，電機(jī)進(jìn)入低速大扭矩輸出工作狀態(tài)。
需要說明的是，變速工具在高速正常運(yùn)行過程中，往往因某些特殊情況 出現(xiàn)電機(jī)負(fù)載電流短時大負(fù)載值出現(xiàn)，為了防止換檔動作誤啟動的情況，可 以通過設(shè)定處理器的程序來解決，只有當(dāng)負(fù)載檢測電路所采集到的電機(jī)電流 超出預(yù)設(shè)值一定的時間(比如設(shè)計(jì)時間為0.5s)時，才開始執(zhí)行換檔控制。 當(dāng)然，也可直接將功能開關(guān)36切斷來直接選擇手動模式，避免不希望自動換 檔時誤啟動換檔動作。而預(yù)設(shè)的電流值則根據(jù)工具的高速檔極限工作電流值 來決定，在本實(shí)施例中以30安培為預(yù)設(shè)值。另外，如果操作者希望在某個時 刻啟動自動換檔，即便是電機(jī)負(fù)載電流還沒有超出預(yù)設(shè)值，也可通過處理器 30上的信號發(fā)生器35來輸入一個控制信號，從而即時開始執(zhí)行自動換檔動 作。進(jìn)一步的，處理器也可以設(shè)計(jì)成具有學(xué)習(xí)功能，即，記錄操作者每次通 過信號發(fā)生器輸入控制信號時的電機(jī)負(fù)載電流，作為設(shè)定系統(tǒng)預(yù)設(shè)值的參考。
上述在自動換檔之前控制單元3控制電器開關(guān)10讓電機(jī)2短時停機(jī)只是 其中一種實(shí)施方式。在通常情況下，電機(jī)2的轉(zhuǎn)速如果降低至很小的程度時， 換檔過程中調(diào)速環(huán)45與止轉(zhuǎn)裝置44的嚙合同樣不會出現(xiàn)打齒的問題。參照 圖7所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的控制單元第二實(shí)施例。在變速工具 9的主電路中，電源與電機(jī)之間的電器開關(guān)10用場效應(yīng)管11來代替，在需 要進(jìn)行自動換檔時，速度調(diào)制電路31通過控制場效應(yīng)管11來提供電機(jī)相應(yīng) 的工作電壓，以達(dá)到降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，從而使調(diào)速環(huán)45與止轉(zhuǎn)裝置44 的速度相互匹配，防止打齒現(xiàn)象的發(fā)生。這里所指的速度相互匹配是指調(diào)速 環(huán)45與止轉(zhuǎn)裝置44的相對速度達(dá)到 一 個可以使二者順利進(jìn)入嚙合位置的范 圍。
同樣，如圖8所示，是本發(fā)明變速工具控制系統(tǒng)的控制單元第三實(shí)施例。 在電機(jī)2與齒輪傳動機(jī)構(gòu)4之間設(shè)置一離合器12,速度調(diào)制電路31控制該 離合器12降低電機(jī)2傳遞至齒輪傳動機(jī)構(gòu)4的扭矩，也可以實(shí)現(xiàn)速度調(diào)制的 目的，即在調(diào)速環(huán)45移動至與止轉(zhuǎn)裝置44嚙合的位置之前，降低調(diào)速環(huán)45 的轉(zhuǎn)速，以防止嚙合過程中出現(xiàn)打齒的問題。
綜合上述幾種速度調(diào)制的實(shí)施例，可以看出本發(fā)明精神主要在于控制 單元3在檢測到電機(jī)2負(fù)載長時間超出預(yù)設(shè)值時，通過速度調(diào)制電路3 1對移 動件45與齒輪組件進(jìn)行速度調(diào)制，在二者的相對速度相互匹配時，再進(jìn)入下 一檔位嚙合狀態(tài)，或者說，控制單元先調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩， 再控制驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔，從而有效避免自動換檔過程中的打齒問題。
另外值得一提的是，在自動換檔動作結(jié)束后，電源l恢復(fù)給電機(jī)2供電， 電機(jī)2從極低轉(zhuǎn)速甚至是零轉(zhuǎn)速狀態(tài)瞬時進(jìn)入低轉(zhuǎn)速大扭矩輸出狀態(tài)，會給 操作者造成一個很大的啟動扭矩，如果操作者握持不緊，甚至?xí)?dǎo)致工具從 操作者手中松脫而造成危險。為解決此問題，可以通過控制場效應(yīng)管11 (參 圖7)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)2的軟啟動。具體而言，在自動換檔結(jié)束后，恢復(fù)電機(jī)2 供電時，控制單元3在一個設(shè)定的時間段內(nèi)(比如0.6s),通過定頻調(diào)寬或定 寬調(diào)頻等方式來控制場效應(yīng)管，來逐漸增加電機(jī)2的負(fù)載電壓，緩慢恢復(fù)電 機(jī)2至工作電壓，從而避免換檔后瞬間啟動電機(jī)給操作者帶來的沖擊感覺。
應(yīng)用以上所揭示的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的變速工具的變速控制方法是，提供一 種變速工具包括電源1、電機(jī)2、輸出軸6、連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī) 構(gòu)4,以及控制系統(tǒng)8，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)4包括至少一齒輪組件及一移動件， 所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸出檔位；控制 系統(tǒng)8由控制單元3及驅(qū)動裝置5組成，這種變速控制方法包括
1)負(fù)載扭矩檢測步驟所述控制系統(tǒng)檢測變速工具物理參數(shù)，比如檢測
電機(jī)2負(fù)載電流、電壓或輸出軸轉(zhuǎn)速，判斷變速工具的工作狀態(tài)；
2)自動換檔步驟控制齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件移動至另 一檔位。
所述負(fù)載扭矩檢測與自動換檔步驟之間進(jìn)一步包括一速度調(diào)制步驟，當(dāng) 所述輸出軸的負(fù)載扭矩變化到預(yù)定值時，所述控制單元調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪 傳動機(jī)構(gòu)的扭矩，使移動件與齒輪組件的轉(zhuǎn)速相互匹配，即調(diào)速環(huán)45與止轉(zhuǎn) 裝置44的相對速度達(dá)到一個可以使二者順利進(jìn)入嚙合位置的范圍。
所述速度調(diào)制步驟中，通過降低電機(jī)的輸入電壓來降低電機(jī)傳遞給齒輪 傳動機(jī)構(gòu)的扭矩。
在自動換檔步驟之后，進(jìn)一 步包括移動件檔位檢測步驟，以確認(rèn)移動件 已經(jīng)移動至另 一擋位。
在速度調(diào)制步驟之后，還包括一電機(jī)軟啟動步驟，控制系統(tǒng)在預(yù)設(shè)的時 間范圍內(nèi)逐步加大電機(jī)的輸入電壓，使電機(jī)恢復(fù)扭矩輸出。
本發(fā)明中的齒輪傳動機(jī)構(gòu)及其移動件不局限于本實(shí)施例揭示的結(jié)構(gòu)，特 別是不局限于本實(shí)施例中高速擋和低速檔時的齒輪嚙合關(guān)系，在現(xiàn)有技術(shù)中 的齒輪傳動機(jī)構(gòu)各種各樣，如美國專利公告第6796921號揭示了多種齒輪傳 動機(jī)構(gòu)，其高速檔和低速檔時的嚙合關(guān)系各不相同，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 很容易根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思將各種齒輪傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)用于本發(fā)明。
權(quán)利要求
1. 一種變速工具，包括電源，電機(jī)，輸出軸，連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少一齒輪組件及一移動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸出檔位，其特征在于:所述變速工具還包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制單元及驅(qū)動裝置，所述控制單元可控制驅(qū)動裝置進(jìn)行自動換檔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述齒輪傳動機(jī)構(gòu)的齒輪 組件包括第 一行星齒輪組、第二行星齒輪組及與工具殼體固定配接的止轉(zhuǎn) 裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速工具，其特征在于所述移動件是設(shè)有內(nèi)齒的 調(diào)速環(huán)，其具有與第一行星架及第二行星輪嚙合的高速檔位，以及與第二 行星輪及止轉(zhuǎn)裝置嚙合的低速檔位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的變速工具，其特征在于所述控制單元包括處 理器、負(fù)載檢測電路及驅(qū)動裝置控制電路，所述負(fù)載檢測電路檢測變速工 具的物理參數(shù)，處理器將檢測到的參數(shù)與預(yù)設(shè)值作比較運(yùn)算，而驅(qū)動裝置 控制電路用于接收處理器的控制信號并控制驅(qū)動裝置的運(yùn)動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速工具，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動件 及傳動件，所述驅(qū)動件為一電磁鐵裝置，傳動件包括與電磁鐵的鐵芯配接 的推桿及設(shè)置于推桿上的鋼絲套，所述鋼絲套與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件配 接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速工具，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動件 及傳動件，所述驅(qū)動件為 一 伺服電機(jī)，傳動件包括由伺服電機(jī)驅(qū)動的螺桿、 裝設(shè)于螺桿上的螺母、與螺母配接的推桿及及設(shè)置于推桿上的鋼絲套，所 述鋼絲套與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件配接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速工具，其特征在于所述控制單元進(jìn)一步包括 速度調(diào)制控制電路，以便在自動換檔過程中對電機(jī)傳遞至齒輪傳動機(jī)構(gòu)的 扭矩進(jìn)行控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速工具，其特征在于所述速度調(diào)制控制電路包 括場效應(yīng)管，通過控制所述場效應(yīng)管來降低電機(jī)的輸入電壓，從而降低電 機(jī)輸出功率，使換檔之前齒輪組件與移動件的速度相互匹配。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速工具，其特征在于所述速度調(diào)制控制電路包 括一電器開關(guān)，通過斷開所述電器開關(guān)來控制電機(jī)停機(jī)，使換檔之前齒輪 組件與移動件的速度相互匹配。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的變速工具，其特征在于所述速度調(diào)制控制電路 包括一設(shè)置于電機(jī)與齒輪傳動機(jī)構(gòu)之間的離合器裝置，通過控制該離合器 來調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩，使換檔之前齒輪組件與移動件的 速度相互匹配。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的變速工具，其特征在于所述控制單元與驅(qū)動裝 置或齒輪傳動機(jī)構(gòu)之間進(jìn) 一 步設(shè)置 一 檔位反饋電路，用于檢測移動件的位置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述控制單元進(jìn)一步設(shè) 置與處理器相連的信號發(fā)生器，當(dāng)處理器接收到該信號發(fā)生器發(fā)出的信號 時，則可直接控制速度調(diào)制電路及驅(qū)動裝置控制電路執(zhí)行自動換檔。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變速工具，其特征在于所述控制單元進(jìn)一步設(shè) 置功能開關(guān)，用以啟動或關(guān)閉控制單元的功能。
14. 一種變速工具，包括電源，電機(jī)，輸出軸，連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳 動機(jī)構(gòu)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少一齒輪組件及一移動件，所述移動件 與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸出檔位，其特征在于 所述變速工具還包括一控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括控制單元、功能開關(guān)及驅(qū) 動裝置，所述變速工具有手動與自動兩種控制模式，其中手動模式時，功 能開關(guān)為斷開狀態(tài)；自動模式時，功能開關(guān)為閉合狀態(tài)，此時控制單元可 控制驅(qū)動裝置進(jìn)行自動換檔。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的變速工具，其特征在于控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括一 信號發(fā)生器，當(dāng)所述功能開關(guān)閉合時，可通過信號發(fā)生器給控制單元輸入 信號，以即時控制驅(qū)動裝置進(jìn)行自動換檔。
16. —種變速工具，包括電源，電機(jī)，輸出軸，連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳 動機(jī)構(gòu)，其中齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括至少一齒輪組件及一移動件，所述移動件 與齒輪組件不同的嚙合方式可提供輸出軸不同的輸出檔位，其特征在于 所述變速工具還包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括控制單元及驅(qū)動裝置，當(dāng) 變速工具需要換檔時，控制單元先調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩， 再控制驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的變速工具，其特征在于所述控制單元包括處理 器、檢測電路、速度調(diào)制控制電路及驅(qū)動裝置控制電路。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變速工具，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動 件及傳動件，所述驅(qū)動件為一電磁鐵裝置，傳動件包括與電磁鐵的鐵芯配 接的推桿及設(shè)置于推桿上的鋼絲套，所述鋼絲套與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件配接。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變速工具，其特征在于所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動 件及傳動件，所述驅(qū)動件為一伺服電機(jī)，傳動件包括由伺服電機(jī)驅(qū)動的螺 桿、裝設(shè)于螺桿上的螺母、與螺母配接的推桿及及設(shè)置于推桿上的鋼絲套， 所述鋼絲套與齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件配接。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變速工具，其特征在于所述速度調(diào)制控制電路 包括 一 場效應(yīng)管，控制單元對電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)制是通過控制所述場效應(yīng)管 來降低電機(jī)的輸入電壓，從而降低電機(jī)輸出功率，使換檔之前齒輪組件與 移動件的速度相互匹配。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變速工具，其特征在于所述速度調(diào)制控制電路 包括一 電器開關(guān)，控制單元對電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)制是通過斷開所述電器開關(guān) 來控制電機(jī)停機(jī)，使換檔之前齒輪組件與移動件的速度相互匹配。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變速工具，其特征在于所述電機(jī)與齒輪傳動機(jī) 構(gòu)之間設(shè)置有離合器裝置，所述離合器由速度調(diào)制控制電路控制，控制單 元對齒輪傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度調(diào)制是通過控制該離合器來調(diào)整電機(jī)傳遞給齒 輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩，使換檔之前齒輪組件與移動件的速度相互匹配。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的變速工具，其特征在于所述控制單元與驅(qū)動裝 置或齒輪傳動機(jī)構(gòu)之間進(jìn)一步設(shè)置一檔位反饋電路，用于檢測移動件的位 置。
24. —種變速工具的變速控制方法，其特征在于用以控制所述的變速工具在 第一檔位輸出與第二檔位輸出之間作變速，所述的變速工具包括電機(jī)、輸 出軸、連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)、以及控制系統(tǒng)，其中齒輪傳動 機(jī)構(gòu)包括至少 一 齒輪組及 一 移動件，所述移動件與齒輪組件不同的嚙合方 式可提供輸出軸不同的輸出檔位，控制系統(tǒng)包括 一 控制單元及一 驅(qū)動裝置， 所述的變速控制方法包括以下步驟1)負(fù)載扭矩檢測步驟所述控制系統(tǒng)檢測變速工具物理參數(shù)，判斷變速工具的工作狀態(tài)； 2)自動換檔步驟控制齒輪傳動機(jī)構(gòu)的移動件移動至另 一檔位。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的變速控制方法，其特征在于所述負(fù)載扭矩檢測 與自動換檔步驟之間進(jìn)一步包括一速度調(diào)制步驟，當(dāng)所述輸出軸的負(fù)載扭 矩變化到預(yù)定值時，所述控制單元調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩， 使移動件與齒輪組件的轉(zhuǎn)速相互匹配。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的變速控制方法，其特征在于所述速度調(diào)制步驟
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的變速控制方法，其特征在于在自動換檔步驟之 后，進(jìn)一步包括移動件檔位檢測步驟，以確認(rèn)移動件已經(jīng)移動至另一擋位。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的變速控制方法，其特征在于在速度調(diào)制步驟之 后，還包括一電機(jī)軟啟動步驟，控制系統(tǒng)在預(yù)設(shè)的時間范圍內(nèi)逐步加大電 機(jī)的輸入電壓，使電機(jī)恢復(fù)扭矩輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變速工具，包括電機(jī)，輸出軸，連接電機(jī)和輸出軸的齒輪傳動機(jī)構(gòu)以及控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括控制單元及驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置具有可在齒輪傳動機(jī)構(gòu)中第一位置與第二位置之間移動的移動件，且當(dāng)該移動件位于第一位置與第二位置時，輸出軸具有不同的輸出特性。當(dāng)負(fù)載扭矩變化至預(yù)定值時，控制單元先調(diào)整電機(jī)傳遞給齒輪傳動機(jī)構(gòu)的扭矩，再控制驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)自動換檔。本發(fā)明的變速工具可以解決自動換檔過程中產(chǎn)生的打齒問題，改善了工具的電氣性能，提高了工具的使用壽命。
文檔編號F16H61/00GK101377229SQ20071013176
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月29日
發(fā)明者張士松, 強(qiáng)尼·鮑瑞那圖, 沃倫·布朗, 王家達(dá), 鐘紅風(fēng), 陳成忠 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司