工具欠压管理的制作方法

1.本发明涉及用于管理电动工具中的欠压的装置和方法。


背景技术：

2.电动手持工具(例如电动棘轮扳手和驱动器)通常用于汽车、工业和家居应用中，以安装和移除螺纹紧固件并向工件(例如螺纹紧固件)施加扭矩和/或角位移。电动手持工具通常包括包含在壳体中的马达以及其它电气部件和电池。
3.然而，当大电流负载施加在电池上时，电池电压在工具操作期间降低或下降。如果电池电压下降到电气部件或电路可接受的操作电压以下，则电气部件/电路可能会由于电压不足而发生故障、复位或过早关闭。这可能会促使工具停止工作和意外关闭，或者以其它方式损坏内部电气部件/电路。当前最小化由电压降低引起的影响的解决方案包括降低电流负载和/或使用高压电池。然而，这些解决方案可能不切实际且成本高昂。


技术实现要素：

4.本发明广泛地涉及一种电动手持工具(例如无绳棘轮扳手、驱动器或钻具)，其具有马达、一个或多个电气部件和/或集成电路，以及升压转换器，这些部件被容纳或设置在工具的壳体中。升压转换器适于当从电池汲取的电流增加时防止要传递到部件或集成电路(ic)的电压下降到低于阈值电压值(该阈值电压值可以是等于或大于部件或ic的最小操作电压的期望的阈值电压值或期望的升高电压值)，从而防止“欠压(brownout)”情况。
5.例如，当电池电压下降或要传递到部件/ic的电压下降到低于阈值电压(阈值电压可以是等于或高于部件/ic的最小操作电压的期望的升高电压值时)，升压转换器将电压升高到等于或高于阈值电压的升高电压输出。当电池电压或要传递到部件/ic的电压等于或高于阈值电压(阈值电压可以是期望的升高电压值)时，升压转换器无修改地将电压传递到部件/ic。升压转换器允许工具在更高的负载下操作，而不会因欠压情况而意外关闭或部件损坏，并且升压转换器比升压/降压转换器更具有尺寸和成本效益。
6.在一实施例中，本发明广泛地涉及一种适于设置在工具中的电路。电路包括电源和电联接到电源的马达。该电路还包括升压转换器和电气部件，升压转换器具有输入和输出，其中，输入电联接到电源，电气部件电联接到升压转换器的输出，其中升压转换器和电气部件与马达并联配置。
7.在另一实施例中，本发明广泛地涉及一种操作工具的方法。该方法包括通过升压转换器从电源接收电压输入，其中升压转换器包括联接到电源的输入和联接到电气部件的输出，其中升压转换器和电气部件与马达并联配置。该方法进一步包括当升压转换器的电压输出小于阈值电压值时，由升压转换器将来自电源的电压输入增加到升高电压输出，其中阈值电压值大于或等于电气部件的最小操作电压；以及通过升压转换器将升高电压输出传递到电气部件。
8.在另一实施例中，本发明广泛地涉及一种工具。该工具包括适于向工件施加扭矩
的驱动器、可操作地联接到驱动器的马达、和电联接到马达的电源。该工具还包括具有输入和输出的升压转换器以及电气部件，其中输入电联接到电源，以及电气部件电联接到升压转换器的输出，其中升压转换器和电气部件与马达并联配置。
附图说明
9.为了便于理解所寻求保护的主题，在附图中例示了其实施例，当结合以下描述考虑时，从对其实施例的检视中，所寻求保护的主题、其构造和操作及其许多优点应当容易理解和领会。
10.图1是根据本发实施例的适于在工具中实施的示例电路的框图。
11.图2是根据本发明实施例的升压转换器的示例性操作方法的框图。
12.图3是根据本发明实施例的示例工具的透视图。
13.图4是根据本发明实施例的图3的工具的第一分解图。
14.图5是根据本发明实施例的图3的工具的第二分解图。
具体实施方式
15.尽管本发明容许有许多不同形式的实施例，但是在附图中示出了并且将在本文中详细描述本发明的优选实施例，应当理解，本发明应当被认为是本发明的原理的范例，并且不旨在将本发明的广泛方面限制于所例示的实施例。如本文所用的，术语“本发明”不旨在限制所要求保护的发明的范围，而是仅为了解释的目的而用于讨论本发明的示例性实施例的术语。
16.本发明广泛地涉及一种电动手持工具(例如无绳棘轮扳手、驱动器或钻具)，其具有马达、一个或多个电气部件和/或集成电路，以及升压转换器，这些部件都容纳或设置在工具的壳体中。升压转换器适于当从电池汲取的电流增加时将传递到部件或集成电路(ic)的电压保持在或高于其可接受的最小操作电压，从而防止“欠压”情况。
17.例如，当电池电压下降或要传递到部件/ic的电压下降到低于阈值电压值(阈值电压值可以是等于或高于部件/ic的最小操作电压的期望的阈值电压值或期望的升高电压值时)，升压转换器将电压升高至升高电压输出，该升高电压输出等于或高于阈值电压值。当电池电压或要传递到部件/ic的电压等于或高于阈值电压(阈值电压可以是期望的升高电压值)时，升压转换器无修改地将电压传递到部件/ic。升压转换器允许工具在更高的负载下操作，而不会因欠压情况而意外关闭或部件损坏，并且升压转换器比升压/降压转换器更具有尺寸和成本效益。
18.参照图1，示出了用于电动工具(例如无绳棘轮工具、驱动器或钻具)的电路100。电路100可以包括电源102、马达104、升压转换器106、以及一个或多个电气部件和/或集成电路(ic)108。电路100可以在由电力提供动力的任何类型的工具中实施。例如，电路100可以在棘轮扳手、扭矩扳手、钻具、刨槽机、冲击扳手、螺丝刀、打磨机或其它电动工具中实施。
19.电源102可以是包括一个或更多个电池单元的电池，或外部电源，例如壁式插座、发电机或其它类型的电源。例如，电池可以是可充电类型的电池，例如铅酸、锌空气、镍镉(nicd)、镍金属氢化物(nimh)、锂离子(li-ion)、锂铁磷酸盐(lifepo4)和/或锂离子聚合物(li-ion polymer)类型的电池。如图所示，电源102包括至少两个端子，包括正极端子110和
负极端子112。
20.马达104可以是任何类型的电动马达，例如有刷型马达或无刷型马达。马达104可以电联接到电源102，电源102包括直接电联接或间接电联接。例如，马达104可以直接电联接到正极端子110和负极端子112。在另一实施例中，马达104可以利用设置在电源102和马达104之间的一个或多个电气部件间接电联接到正极端子110和负极端子112。
21.升压转换器106可以是单独的部件/子电路或集成到集成电路中。如图所示，升压转换器106包括电联接到电源102的输入，并且升压转换器106与马达104并联配置。例如，允许单独的电流从电源102同时流到升压转换器106和马达104。
22.电气部件和/或ic 108可以是通常在工具中实施的任何数量和类型的电气部件和/或集成电路。例如，电气部件和/或ic 108可以包括微控制器、led、led驱动器、显示器、触发器和/或开关机构等。
23.电气部件和/或ic 108中的一个或多个可具有最小操作电压v
min
，在该电压下，电气部件和/或ic 108可能发生故障并促使电气部件和/或ic 108重置、关闭、或因欠压而损坏。例如，如果电源102的电压下降或降低到低于最小操作电压v
min
，则电气部件和/或ic 108可能发生故障并导致欠压和意外停止工作和/或关闭，并致使工具无法操作。
24.在一实施例中，电气部件和/或ic 108中的一个或多个可以包括输入，其电联接到升压转换器106的输出(升压转换器106包括电联接到电源102的输入)，并且彼此串联或并联配置。因此，电压和电流从电源102流入升压转换器106，并且从升压转换器106输出的电压和电流流入电气部件和/或ic 108。
25.如图1中的连接114所示，(一个或多个)电气部件和/或(一个或多个)ic108也可以可选地电联接到马达104。连接114允许(一个或多个)电气部件和/或(一个或多个)ic 108与马达104一起发送/发出和接收可选的控制或反馈信号。
26.升压转换器106可以包括阈值电压值或升高电压值v
boost
，其等于或大于(一个或多个)电气部件和/或(一个或多个)ic 108的最小操作电压v
min
。电源102随着电流汲取的增加而成比例地减小。例如，由于马达104上增加的负载电流，当电源102的电压下降或降低到升高电压值v
boost
以下时，升压转换器106将电压升高到升高电压输出v
bout
。当电源102的电压等于或高于升高电压值v
boost
时，升压转换器106将未修改的电压传递到电气部件/ic 108。升压转换器108允许工具在更高的负载下操作而不会因欠压而意外提前关闭。
27.在一示例中，升压转换器106监测升压转换器106的电压输出v
out
，其将从升压转换器106传递到电气部件/ic 108。例如，由于马达104上增加的负载电流，当电压输出v
out
下降或降低到升高电压值v
boost
以下，升压转换器106将电压升高至升高电压输出v
bout
。然后将升高电压输出v
bout
从升压转换器106传递到电气部件/ic 108。
28.参照图1和图2，描述了升压转换器102的操作方法200。升压转换器106从电源102接收电压输入v
in
(如框202所示)。如上所述，升压转换器106以与马达104并联配置的方式电联接到电源102。因此，马达104也从电源102接收电压输入。
29.响应于从电源102接收到电压输入v
in
或在从电源102接收到电压输入v
in
之后，升压转换器106确定升压转换器106的电压输出v
out
(将被传递到电气部件/ic 108)是否大于或等于阈值电压值或升高电压值v
boost
(如框204所示)。如上所述，电气部件和/或ic 108中的一个或多个可以包括电联接到升压转换器106的输出(升压转换器106包括电联接到电源
102的输入)的输入。因此，电压和电流从电源102的输出流入升压转换器106作为v
in
，而从升压转换器106输出的电压和电流作为v
out
或v
bout
流入电气部件和/或ic 108。
30.当要被传递至电气部件和/或ic 108的升压转换器106的电压输出v
out
等于或大于升高电压值v
boost
时，升压转换器106将电压作为电压输出v
out
传递到一个或多个电气部件/ic 108(如框206所示)。然后该过程可以重复或循环回到框202。
31.当升压转换器106的要被传递到电气部件和/或ic 108的输出电压v
out
小于升高电压值v
boost
(该升高电压值v
boost
等于或大于一个或多个电气部件/ic108的最小操作电压v
min
)时，升压转换器106将来自电源102的电压输入v
in
升压或增加到升高电压输出v
bout
，使得升高电压输出v
bout
等于或大于期望的升高电压值v
boost
，且等于或小于升压转换器106的最大输出电压(v
out-max
)或电气部件/ic 108的最大输入电压(v
in-max
)(如框208所示)。如图所示，v
out-max
和/或v
in-max
由v
max
表示。然后升压转换器106将升高电压输出v
bout
传递到一个或多个电气部件/ic 108(如框210所示)。然后该过程可以重复或循环回到框202。因此，升压转换器106允许工具在更高的负载下操作而不会由于电源102的输出电压的欠压/降低而导致意外过早关闭或损坏。
32.如上所述，升压转换器106可以在工具中实施。参照图3-5，升压转换器106在工具300(例如无绳棘轮扳手)中实施。工具300包括主工具壳体302和棘轮头组件304。工具壳体302可以包括第一壳体部分306和第二壳体部分308，它们以蛤壳式方式联接在一起以共同形成工具壳体302。工具壳体302还包括第一310和第二端312。第一端310适于联接到扭矩施加头(例如棘轮头组件304)，并且第二端312适于收纳电源102，比如电池。工具壳体302可以包围或容纳电动机104以及一个或多个其它电气部件/ic 108，例如用于配置和设置工具300的开关组件314、控制器316、具有按钮320的显示器318，以及一个或多个状态指示器，例如发光二极管。工具壳体302还可包括带纹理的把手以在使用期间改善用户对工具300的抓握。
33.在一实施例中，工具300还包括触发器322，其可由用户致动以促使工具300操作。例如，用户可以向内压下触发器322以选择性地从电源102汲取电力并且促使马达104在期望的旋转方向上向棘轮头组件304提供扭矩。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以实施任何合适的触发器322或开关。例如，触发器322也可以被偏移，使得触发器322相对于工具壳体302可向内压下，来促使工具300操作，并且释放触发器322促使触发器322相对于工具壳体302向外移动，以经由触发器322的偏移特性停止工具300的操作。触发器322和开关机构314也可以是变速型机构。为此，触发器322的相对致动或压下促使触发器322被下压得越多马达104以越快的速度操作。
34.例如，棘轮头组件304包括棘轮壳体324、驱动器或驱动凸耳326、和选择器旋钮328。驱动器326适于经由联接到驱动器326(例如双向棘轮方形或六边形驱动器)的适配器、钻头(bit)或插座将扭矩施加到工件(例如紧固件)。如图所示，驱动器326是“公”连接器，其设计成安装到或匹配接合母对应件。然而，驱动器326可以是设计成匹配接合公对应件的“母”连接器。驱动器326还可被构造成直接接合工件而不需要联接到适配器、钻头或插座。驱动器326的旋转方向可以通过选择旋钮328的旋转来选择为第一旋转方向或第二旋转方向(例如，顺时针或逆时针)。
35.参照图4和5，工具300包括具有马达壳体和马达驱动齿轮的马达104，马达驱动齿
轮适于可操作地接合棘轮头组件304，并且马达104向工具300提供扭矩，进而向驱动器326提供扭矩。电源102可以与工具300相关联以向工具300提供电力来驱动马达104。在一实施例中，电源102可以容纳在工具壳体302的第二端312中，与驱动器326相对，位于工具300的中段或任何其它部分。电源102也可以是不由工具壳体302容纳但通过例如有线或无线方式可操作地联接到工具300的外部部件。在一实施例中，电源是适于设置在工具壳体300的第二端312中并且电联接到工具300的对应端子330的电池。
36.如图所示，马达104和开关机构314设置在工具壳体302中，并且开关机构314可操作地联接到马达104。可致动的触发器322可操作地联接到开关机构314，使得触发器322的致动(例如触发器322的压下)促使马达104以众所周知的方式操作并使驱动器326沿第一旋转方向和第二旋转方向(顺时针或逆时针)中的任一旋转方向旋转。开关机构322还可联接到控制器316(其可包括印刷电路板)，控制器316包括端子330或可操作地联接到可移除的电池上的对应电触点的电池触点。
37.升压转换器106可以以与控制器316串联配置的方式来实施或设置。为此，升压转换器106电设置于控制器316、开关机构314、显示器318以及工具300的其它电气部件/ic中的一者或更多者与电源102之间。当例如由于马达104上的负载增加而从电源102汲取的电流增加时，升压转换器106如上所述操作以防止传递到工具300的电气部件/ic的电压下降到升高电压值v
boost
以下。在示例中，这种增加的负载可以由马达104经由驱动器326将扭矩施加到紧固件的操作引起。
38.如本文所讨论的，升压转换器在作为棘轮型扳手的工具中实施。然而，升压转换器可以被包括在任何电动或手持工具中，这些工具包括但不限于钻具、刨槽机、或冲击扳手、棘轮扳手、螺丝刀或其它电动工具，其经由外部电源(如墙壁插座和/或发电机插座)或电池通过电力提供动力。
39.如本文所使用的，术语“联接的”及其功能等同物并不旨在必然限于两个或更多个部件的直接、机械联接。相反，术语“联接的”及其功能等效表达旨在表示两个或更多个物体、特征、工件和/或环境物质之间的任何直接或间接机械、电学或化学连接。在一些示例中，“联接的”还旨在表示一个对象与另一对象构成整体。如本文所使用的，除非另有特别说明，否则术语“一”或“一个”可包括一个或多个项目。
40.在前述描述和附图中阐述的内容仅通过举例说明的方式而非作为限制的方式提供。尽管已经示出和描述了特定实施例，但是对于本领域技术人员来说清楚的是，在不脱离发明人贡献的更广泛方面的情况下，可以进行改变和修改。当基于现有技术从其适当的角度来看时，所寻求的保护的实际范围将在权利要求书中限定。