專利名稱：無刷電動機驅動旋轉工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及使用3相直流無刷電動機作為電動旋具等電動旋轉工具的驅動用電動機的無刷電動機驅動旋轉工具；尤其涉及為了進行根據無刷電動機驅動旋轉工具的作業內容、用所希望的推壓操作方式或手柄操作方式進行驅動控制的選擇性操作，以及，為了進行當上述旋轉工具上作用了預先設定的預定值以上的負載扭矩時的上述無刷電動機的停止控制，作為檢測扭矩設定離合器機構的離合動作的機構、分別使用作為磁傳感器的霍爾元件，通過這樣使進行上述無刷電動機的驅動控制的控制機構小型緊湊化，能夠將這樣的控制單元全部安裝配置到旋轉工具的握持部殼體內，而且通過完全無觸點化來實現長壽命、免維護，能夠適當并且高效地進行螺栓等的定扭矩擰緊作業，并且能夠容易地提高扭矩的控制精度的無刷電動機驅動旋轉工具。
背景技術：
以前，本申請人曾提出過具備自動通電切斷裝置的螺栓擰緊裝置，所述自動通電切斷裝置能夠在電動旋具中流過因外來扭矩引起的過負載電流時、電氣地檢測到這種情況并停止向電動機通電，同時使電動機的電樞短路給電動機施加電氣控制，使該電動機瞬間停止旋轉(參照專利文獻1)。即，該專利文獻1所記載的螺栓擰緊裝置為在具有由電動機驅動旋轉的驅動軸的電動旋具中設置開關電路，當上述電動機驅動時流過的負載電流變化到預定值以上的過負載電流時，檢測到這種情況并停止電動機驅動電流的供給，然后在經過一定的時間后恢復電動機驅動電流的提供；并且在電動機電樞電路中設置切換機構，當上述開關電路進行停止電動機驅動電流的供給的動作時、使上述電動機電樞電路短路，通過這樣給電動機施加電氣制動，使電動機能夠瞬間停止旋轉的裝置。
并且，以往一般采用DC電動機作為電動旋具的驅動電動機。現在提倡采用無觸點化、防止產生噪音、扭矩大體積小、旋轉速度高以及壽命長等特性優良，具有免維護等優點的無刷電動機作為DC電動機，并已實用化。
可是，上述無刷電動機——例如3相直流無刷電動機在驅動控制時與現有技術的DC電動機的情況不同，需要產生旋轉磁場的驅動電路。作為這樣的驅動電路可以由檢測磁鐵轉子的磁極相對于磁鐵轉子的位置的磁傳感器(一般使用霍爾元件)、與上述轉子磁極的位置相對應被勵磁以施加一定方向的旋轉力的驅動線圈(3相線圈)、以及驅動控制這些磁傳感器和驅動線圈的專用IC電路(3相全波電橋結構構成的變換電路)構成。
從這種觀點出發，作為可以采用上述無刷電動機的電動旋轉工具，本申請人提出過能夠根據作業內容選擇用所希望的推壓操作方式或手柄操作方式選擇性地進行驅動控制的電動旋轉工具的驅動開關方式(參照專利文獻2)。
即，該專利文獻2所記載的電動旋轉工具的驅動開關方式的結構為在(1)設置了電動機、結合在該電動機的輸出軸上進行螺栓擰緊等作業的螺絲刀頭等旋轉工具、驅動上述電動機使旋轉工具開始上述作業的驅動開關、檢測隨著上述作業結束而在旋轉工具中產生的負載扭矩的扭矩檢測單元、以及當上述負載扭矩達到預先設定的扭矩值時使旋轉工具的驅動停止的扭矩設定自動停止機構的電動旋轉工具中，將磁鐵與磁傳感器相組合分別構成(2)使旋轉工具與螺栓等作業對象相抵接并推擠使其產生位移來進行接通動作的推壓操作方式的驅動開關、和(3)推壓設置在電動旋轉工具的握把上的開關手柄使其產生位移來進行接通動作的手柄操作方式的驅動開關，(4)將上述磁傳感器分別與電動機的通電電路相連接，選擇上述任意一種操作方式，利用選中的操作方式的磁傳感器的磁感知動作使通電電路接通動作來開始驅動電動機。
因此，如果采用這種結構的電動旋轉工具的驅動開關方式的話，當使用無刷電動機作為電動機時，能夠將上述驅動開關與電動機的驅動控制電路一起緊湊地容納配置到電動旋轉工具的握把殼體內，利用完全無觸點化來實現長壽命和免維護，具有能夠使其操作簡單化等優點。
并且，本申請人曾提出過能夠總是適當并且高效率地進行螺栓等定扭矩擰緊作業，并且能夠容易地達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度的電動旋轉工具的扭矩控制方式的方案(參照專利文獻3)。
即，該專利文獻3所記載的電動旋轉工具的扭矩控制方式為這樣設定的方式在(1)設置內置有電動機的握把，通過減速機構將作為作業軸的從動軸結合到上述電動機的輸出軸上，設置具備當上述從動軸上作用了預定值以上的負載扭矩時、切斷上述輸出軸與從動軸的卡合地進行動作的凸輪卡合部的離合器機構，設置結構為將上述離合器機構的動作點作為扭矩設定值使其能夠調節的扭矩設定機構，并且設置有檢測上述離合器機構的離合動作、同時進行上述電動機的驅動停止控制的扭矩檢測機構的電動旋轉工具中，(2)上述扭矩檢測機構在上述離合器機構的凸輪卡合部的凸輪卡合完全被解除、離合動作結束的狀態下，在進行該檢測動作的同時進行上述電動機的驅動停止控制。
因此，如果采用這種結構的電動旋轉工具的扭矩控制方式，將上述扭矩檢測機構與磁鐵和磁傳感器相組合，在凸輪卡合完全被解除的狀態下進行檢測動作，通過采用這樣的結構，能夠消除現有技術的使用機械開關機構的扭矩檢測機構中開關觸點產生的電火花或磨損以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害的問題，并且能夠實現構成元件的小型、長壽命化，能夠使整個電動工具緊湊。
專利文獻1日本特公昭57-43389號公報專利文獻2日本特開2002-254346號公報專利文獻3日本特開2002-321166號公報但是，在采用上述專利文獻2所提出的驅動開關方式的電動旋轉工具和采用上述專利文獻3所提出的扭矩控制方式的電動旋轉工具中，為了完全無觸點化來實現長壽命和免維護，使用無刷電動機、而且用磁鐵與磁傳感器相組合的電子開關作為進行該無刷電動機的驅動控制用的開關機構，通過采用這樣的結構，能夠獲得具有上述專利文獻2和專利文獻3中公開的全部優點的電動旋轉工具。
因此，本發明者進行深入的研究和反復實驗的結果，構成了具備下述單元的無刷電動機驅動旋轉工具驅動旋轉工具旋轉的直流無刷電動機，結合在該無刷電動機的輸出軸上的減速機構，設置在上述減速機構與旋轉工具的軸結合部上的扭矩設定離合器機構，能夠作為驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關而選擇性地操作的手柄操作機構和推壓操作機構，結構為通過上述驅動開關的手柄操作或上述驅動開關的推壓操作、驅動上述無刷電動機旋轉、通過檢測上述離合器機構的離合動作使上述無刷電動機的驅動停止的控制單元；完成了下述結構的無刷電動機驅動旋轉工具在作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構上分別設置了用于檢測手柄操作或推壓操作的、作為磁傳感器的霍爾元件，并且在上述離合器機構中設置了用于檢測離合動作的霍爾元件，用前者的霍爾元件根據驅動開關的操作信號驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路、驅動無刷電動機旋轉，用后者的霍爾元件根據離合器機構的動作信號控制上述無刷電動機的驅動控制電路使其停止、使無刷電動機的驅動停止。
即，如果采用上述結構的無刷電動機驅動旋轉工具，不僅能夠總是適當且高效率地進行螺栓等定扭矩擰緊作業，并且能夠容易地達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度，而且能夠消除現有技術的使用機械開關機構的驅動開關或扭矩檢測機構等中的開關觸點產生的電火花或磨損以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害的問題，能夠實現構成部件的小型、長壽命化。
并且，上述無刷電動機驅動旋轉工具可以用以下單元構成上述無刷電動機的驅動控制電路與獲得驅動無刷電動機的電源電壓的商用電源相連的AC/DC變換單元，將上述電源電壓變換成無刷電動機的驅動電壓的由半導體電橋結構構成的變換電路，適合開/關控制上述變換電路的由電橋結構構成的半導體的驅動電路，檢測轉子相對于無刷電動機的勵磁線圈的位置的位置檢測電路，用于將根據上述位置檢測電路檢測到的位置檢測信號切換提供給上述勵磁線圈的電流的控制信號輸出給上述驅動電路的控制單元。
其中，在例如根據上述離合器機構中設置的霍爾元件檢測到的離合器機構的動作信號控制無刷電動機的驅動控制電路使其停止時，切斷無刷電動機的驅動電力，并且控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體使無刷電動機的勵磁線圈短路、進行轉子的制動，通過這樣設定，能夠進行無刷電動機的轉子的緊急制動，能夠進一步提高螺栓擰緊作業中扭矩的控制精度。
并且，在對能夠作為驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關而選擇性地操作的手柄操作機構和推壓操作機構、中止其手柄操作或推壓操作的情況下，也與上述一樣切斷無刷電動機的驅動電力，同時控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體使無刷電動機的勵磁線圈短路、進行轉子的制動。通過采用這樣的結構，在螺栓的緊固或擰下作業中，當驅動開關中止時，能夠防止驅動裝置鉆頭空轉，能夠容易地達到作業的安全性和提高速度。
作為代表方案，本發明的無刷電動機驅動旋轉工具的結構可以具備下述單元驅動旋轉工具旋轉的直流無刷電動機，結合在該無刷電動機的輸出軸上的減速機構，檢測上述無刷電動機的負載電流的負載電流檢測單元，能夠作為驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關而可選擇性地操作的手柄操作機構和推壓操作機構，結構為通過手柄操作上述驅動開關或推壓操作上述驅動開關驅動上述無刷電動機旋轉、當上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過預先設定的設定值時、進行上述無刷電動機的驅動停止的控制單元；可以采用下述結構在作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構中分別設置用于檢測手柄操作或推壓操作的、作為磁傳感器的霍爾元件，根據上述霍爾元件檢測到的驅動開關的操作信號驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路、驅動無刷電動機旋轉，當上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過設定值時停止控制上述無刷電動機的驅動控制電路、使無刷電動機驅動停止。
因此，在這種結構的無刷電動機驅動旋轉工具中也與上述一樣，不僅能夠總是適當且高效率地進行螺栓等定扭矩擰緊作業，并且能夠容易地達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度，而且能夠消除現有技術的使用機械開關機構的驅動開關或扭矩檢測機構等中的開關觸點產生的電火花或磨損、以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害的問題，能夠實現構成元件的小型、長壽命化。
并且，與上述一樣，在由負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過設定值時停止控制無刷電動機的驅動控制電路之際，切斷無刷電動機的驅動電力，同時開/關控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體使無刷電動機的勵磁線圈短路、進行轉子的制動，能夠進行無刷電動機的轉子的緊急制動，進一步提高扭矩的控制精度。
發明內容
因此，本發明的目的就是要提供一種不僅能夠總是適當且高效率地進行螺栓等的定扭矩擰緊作業，并且能夠容易地達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度，而且能夠消除現有技術的使用機械開關機構的驅動開關或扭矩檢測機構等中的開關觸點產生的電火花或磨損、以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害的問題，能夠實現構成部件的小型、長壽命化的無刷電動機驅動旋轉工具。
為了達到上述目的，本發明的第1方案的無刷電動機驅動旋轉工具具備驅動旋轉工具旋轉的直流無刷電動機；設置在該無刷電動機的輸出軸與旋轉工具的軸結合部上的扭矩設定離合器機構；驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關；以及，結構為通過上述驅動開關的操作驅動上述無刷電動機旋轉、通過檢測上述離合器機構的離合動作進行上述無刷電動機的驅動停止的控制單元；其特征在于設置對作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構、檢測手柄操作或推壓操作的第1霍爾元件；并且設置對上述離合器機構檢測離合動作的第2霍爾元件；構成了這樣的控制單元，該控制單元根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作信號驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路，來驅動無刷電動機旋轉，根據上述第2霍爾元件檢測到的離合器機構的動作信號停止控制上述無刷電動機的驅動控制電路，使無刷電動機驅動停止。
本發明的第2方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，還設置了進行上述無刷電動機的正/反轉切換操作的正/反轉切換操作機構，并且設置了對上述正/反轉切換操作機構檢測正/反轉切換操作的第3霍爾元件；根據上述第3霍爾元件檢測到的正/反轉切換操作信號，通過上述控制單元使無刷電動機正轉或反轉。
本發明的第3方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，上述無刷電動機的驅動控制電路由以下構成連接到獲得用于驅動無刷電動機的電源電壓的商用電源上的AC/DC變換單元；用于將上述電源電壓變換成無刷電動機的驅動電壓的由半導體電橋結構構成的變換電路；適當開/關控制上述變換電路的由電橋結構構成的半導體的驅動電路；檢測轉子相對于無刷電動機的勵磁線圈的位置的位置檢測電路；以及，用于將根據上述位置檢測電路檢測到的位置檢測信號、切換提供給上述勵磁線圈的電流用的控制信號輸出給上述驅動電路的控制單元。
本發明的第4方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，利用上述控制單元這樣進行設定當根據上述第2霍爾元件檢測到的離合器機構的動作信號、停止控制無刷電動機的驅動控制電路時，切斷無刷電動機的驅動電力，并且控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
本發明的第5方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，當中止上述作為無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構的手柄操作或推壓操作機構的推壓操作時，這樣設定來進行無刷電動機的停止控制根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作中止信號，控制操作上述無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
本發明的第6方案的無刷電動機驅動旋轉工具具備驅動旋轉工具旋轉的直流無刷電動機；檢測該無刷電動機的負載電流的負載電流檢測單元；驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關；以及，結構為通過上述驅動開關的操作驅動上述無刷電動機旋轉，當由上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過預先設定的設定值時進行上述無刷電動機的驅動停止的控制單元；其特征在于設置有對作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構檢測手柄操作或推壓操作的第1霍爾元件；構成了控制單元，該控制單元根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作信號驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路，驅動無刷電動機旋轉，當上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過設定值時停止控制上述無刷電動機的驅動控制電路，使無刷電動機驅動停止。
本發明的第7方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，還設置了進行上述無刷電動機的正/反轉切換操作的正/反轉切換操作機構，并且設置了對上述正/反轉切換操作機構檢測正/反轉切換操作的第3霍爾元件；根據上述第3霍爾元件檢測到的正/反轉切換操作信號，通過上述控制單元使無刷電動機正轉或反轉。
本發明的第8方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，上述無刷電動機的驅動控制電路由以下構成用于獲得驅動無刷電動機用的電源電壓的AC/DC變換單元；用于將上述電源電壓變換成無刷電動機的驅動電壓的、與商用電源連接的、由半導體電橋結構構成的變換電路；適當開/關控制上述變換電路的由電橋結構構成的半導體的驅動電路；檢測轉子相對于無刷電動機的勵磁線圈的位置的位置檢測電路；以及，用于將根據上述位置檢測電路檢測到的位置檢測信號切換提供給上述勵磁線圈的電流的控制信號輸出給上述驅動電路的控制單元。
本發明的第9方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，利用上述控制單元這樣設定當上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過設定值時，停止控制無刷電動機的驅動控制電路，此時切斷無刷電動機的驅動電力，并且控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
本發明的第10方案的無刷電動機驅動旋轉工具的特征在于，當中止作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作推壓操作機構的手柄操作或者推壓操作時，這樣設定無刷電動機的停止控制根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作中止信號，控制操作上述無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
發明的效果如果采用本發明的方案1的無刷電動機驅動旋轉工具，使驅動開關和扭矩設定離合器機構的操作或檢測動作無觸點化，不僅能夠總是適當且高效率地進行螺栓等定扭矩擰緊作業，并且能夠容易達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度，而且能夠消除現有技術的使用機械開關機構的驅動開關或扭矩檢測機構等中的開關觸點產生的電火花或磨損以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害，能夠實現構成元件的小型、長壽命化。
如果采用本發明的方案6的無刷電動機驅動旋轉工具，通過使驅動開關的操作無觸點化，并且用負載電流檢測單元進行設定扭矩的檢測動作，不僅能夠總是適當且高效率地進行螺栓等定扭矩擰緊作業，并且能夠容易達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度，而且能夠消除現有技術的使用機械開關機構的驅動開關或扭矩檢測機構等中的開關觸點產生的電火花或磨損以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害的弊端，能夠實現構成元件的小型、長壽命化。
如果采用本發明的方案2和7的無刷電動機驅動旋轉工具，即使在設置了可以擰上螺栓和擰下螺栓的無刷電動機的正/反轉切換操作機構的情況下，通過使上述正/反轉切換操作機構的操作無觸點化，能夠期待與上述相同的優良效果。
如果采用本發明的方案3和8的無刷電動機驅動旋轉工具，能夠使無刷電動機的驅動控制電路的結構緊湊，能夠與各自的霍爾元件一起成為一個整體容易地組裝到無刷電動機驅動旋轉工具的握把部殼體的內部而一體化，能夠低成本地制造整個無刷電動機驅動旋轉工具。
如果采用本發明的方案4和9的無刷電動機驅動旋轉工具，這種結構的無刷電動機的驅動控制電路中，通過使無刷電動機的勵磁線圈短路進行轉子的緊急制動來進行擰緊螺栓操作時用預定的螺栓擰緊扭矩擰緊螺栓結束后的無刷電動機的停止控制，由此能夠容易地提高扭矩的控制精度。
如果采用本發明的方案5和10的無刷電動機驅動旋轉工具，即使在中止手柄操作或推壓操作作為無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構的情況下，通過與上述無刷電動機的停止控制一樣通過使無刷電動機的勵磁線圈短路進行轉子的緊急制動，來保持上述手柄操作或推壓操作的中止狀態，并且不僅在擰上螺栓的情況下，就是在擰下螺栓的情況下也能夠達到適當并且順暢的無刷電動機驅動旋轉工具的控制操作。
圖1是表示作為本發明的無刷電動機驅動旋轉工具的一個實施例的無刷電動機驅動螺絲刀的大致結構和控制系統的說明圖。
圖2是本發明的無刷電動機驅動旋轉工具中的無刷電動機的控制單元的實施例的控制系統圖。
圖3是本發明的無刷電動機驅動旋轉工具中的無刷電動機的控制動作過程的流程圖。
圖4是表示作為本發明的無刷電動機驅動旋轉工具的其他實施例的電動旋具的大致結構和控制系統的說明圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細說明本發明的無刷電動機驅動旋轉工具的實施例。
實施例1圖1為表示作為本發明的無刷電動機驅動旋轉工具的一個實施例的使用螺絲刀頭作為旋轉工具的無刷電動機驅動螺絲刀的大致結構和控制系統的說明圖。即，圖1中參照符號10表示內部安裝有無刷電動機12的無刷電動機驅動螺絲刀，該無刷電動機驅動螺絲刀10設置有通過適當的減速機構將結合保持螺絲刀頭14的從動軸結合到上述無刷電動機12的輸出軸上，具備當上述從動軸上作用了預先設定的預定值以上的負載扭矩時、切斷上述輸出軸與從動軸的卡合地動作的凸輪卡合部的扭矩設定離合器機構16。并且，在上述無刷電動機12的輸出軸與從動軸的結合部上，設置有通過沿軸線方向推壓操作上述螺絲刀頭14產生位移、起驅動開關的作用的推壓操作機構18。而且，在內置有上述無刷電動機12的無刷電動機驅動螺絲刀的握把殼體的外側面上，不僅設置有起驅動開關作用的手柄操作機構20，而且設置有進行上述無刷電動機12的正/反轉切換操作的正/反轉切換操作機構22。
并且，在本實施例的無刷電動機驅動螺絲刀10中，如圖1所示在作為上述無刷電動機12的驅動開關設置的手柄操作機構20和推壓操作機構18上分別設置與適合檢測用的磁鐵相組合的第1霍爾元件31a、31b作為磁傳感器。并且，在上述扭矩設定離合器機構16上設置與適合檢測用的磁鐵相組合的第2霍爾元件32作為磁傳感器。而且，在上述正/反轉切換操作機構22上設置與適合檢測用的磁鐵相組合的第3霍爾元件33作為磁傳感器。
此時，上述第1霍爾元件31a、31b可以像例如日本特開2002-254346號公報(上述專利文獻2)所公開的驅動開關(32、30)上設置的磁傳感器(33b、31b)一樣，設置在作為驅動開關的手柄操作機構20和推壓操作機構18上。并且，上述第2霍爾元件32也可以像例如日本特開2002-321166號公報(上述專利文獻3)所公開的扭矩檢測機構(42)上設置的磁傳感器(44)一樣，設置在扭矩設定離合器機構16上。
另一方面，在上述無刷電動機12上連接配置有驅動控制電路40。然而，該無刷電動機12的驅動控制電路40如圖2所示，由以下構成連接在用于獲得驅動無刷電動機12用的電源電壓的商用電源P上的AC/DC變換單元42；將上述電源電壓變換成無刷電動機12的驅動電壓的由半導體3相全波電橋結構構成的變換電路44；適當開/關控制上述變換電路44的由電橋結構構成的半導體的驅動電路46；檢測轉子相對于無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c的位置的位置檢測電路48；以及，用于將根據上述位置檢測電路48檢測到的位置檢測信號切換提供給上述勵磁線圈12a、12b、12c的電流用的控制信號輸出給上述驅動電路46的控制單元50。
在這種結構的本實施例的無刷電動機驅動螺絲刀10中，通過操作作為驅動開關的手柄操作機構20或推壓操作機構18，輸出由第1霍爾元件31a或31b檢測到的驅動開關的操作狀態的手柄操作信號S31a或推壓操作信號S31b，輸入給控制單元50。因此，上述控制單元50根據這樣輸入的驅動開關的操作信號S31a或S31b將驅動控制信號S46a輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46，通過變換電路44驅動控制無刷電動機12。另外，在這種情況下，輸出由無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的位置檢測電路48檢測到的轉子相對于無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c的位置的位置檢測信號S48，輸入控制單元50中，同時上述控制單元50通過驅動電路46和變換電路44獲得用于切換提供給無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c的電流的控制信號作為上述驅動控制信號S46a(參照圖1和圖2)。通過這樣，無刷電動機驅動螺絲刀10能夠進行所需要的擰緊螺栓的作業。
接著，由無刷電動機驅動螺絲刀10進行螺栓擰緊作業，當到達所需要的擰緊螺栓的扭矩值、扭矩設定離合器機構16進行離合動作時，輸出由第2霍爾元件32檢測到的該動作狀態的離合器動作信號S32，輸入給控制單元50。然后，上述控制單元50根據輸入的該離合器機構16的動作信號S32將停止控制信號S46b輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46，通過變換電路44停止控制無刷電動機12(參照圖1和圖2)。通過這樣，無刷電動機驅動螺絲刀10能夠完成所需要的螺栓擰緊作業。
另外，在本實施例中，在例如擰下螺栓的情況下，需要反向驅動無刷電動機12旋轉。在這種情況下可以采用這樣的結構通過操作正/反轉切換操作機構22、輸出由第3霍爾元件33檢測到的正向旋轉或反向旋轉的狀態的正/反轉切換操作信號S33，輸入到控制單元50中。接著，上述控制單元50根據上述正/反轉切換操作信號S33將驅動控制信號S46a輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46，通過變換電路44驅動控制無刷電動機12使其正轉或反轉(參照圖1和圖2)。
并且，在本實施例中，在停止控制無刷電動機12的情況下，可以這樣設定上述控制單元50根據輸入的離合器機構16的動作信號S32將停止控制信號S46b輸出無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46中，此時切斷無刷電動機12的驅動電力，同時控制操作無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的變換電路44的由電橋結構構成的半導體使無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c短路，進行轉子的緊急制動。
下面參照圖3所示的流程圖說明伴隨上述結構的本實施例的無刷電動機驅動螺絲刀10進行螺栓擰緊作業時進行的無刷電動機12的驅動控制和停止控制時的控制過程。
隨著螺栓擰緊作業的開始，首先操作正/反轉切換操作機構22決定是驅動控制無刷電動機12使其正旋轉還是反旋轉(步-1)。該正/反轉切換操作機構22的操作狀態由第3霍爾元件33檢測，輸出獲得的正/反轉切換操作信號S33，輸入控制單元50中。然后上述控制單元50設定輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46的驅動控制信號S46a，使無刷電動機12正轉地進行驅動控制或者使其反轉地進行驅動控制。
接著，操作作為驅動開關的手柄操作機構20或推壓操作機構18(步驟-2)。此時，由第1霍爾元件31a或31b輸出手柄操作驅動開關的操作信號S31a或推壓操作驅動開關的操作信號S3 1b，輸入到控制單元50中。然后，上述控制單元50將驅動控制信號S46a輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46，通過變換電路44驅動控制無刷電動機12(步驟-3)。如此這般，無刷電動機驅動螺絲刀10進行所需要的螺栓擰緊作業。
當達到上述無刷電動機驅動螺絲刀10進行的所需要的螺栓擰緊作業時，扭矩設定離合器機構16進行離合動作(步驟-4)。此時，由第2霍爾元件32輸出離合器動作信號S32，輸入到控制單元50中。然后，上述控制單元50將停止控制信號S46b輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46中，通過變換電路44控制無刷電動機12使其停止(步驟-5)。這樣一來，能夠完成無刷電動機驅動螺絲刀10進行的所需要的螺栓擰緊作業。另外，在繼續進行螺栓擰緊作業的情況下，反復進行上述步驟-2～步驟-5地設定。
另外，在進行上述無刷電動機12的停止控制時(步驟-5)，可以像以上敘述的一樣這么設定切斷無刷電動機12的驅動電力，同時控制操作無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的變換電路44的由電橋結構構成的半導體將無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c短路，進行轉子的緊急制動。
并且，在本實施例中，當在操作上述作為驅動開關的手柄操作機構20或推壓操作機構18(步驟-2)的過程中，中止手柄操作或推壓操作(步驟-6)時，與上述步驟-5一樣進行無刷電動機12的停止控制(步驟-7)。即，此時這樣進行設定切斷無刷電動機12的驅動電力，同時控制操作無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的變換電路44的由電橋結構構成的半導體將無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c短路，進行轉子的緊急制動。
實施例2圖4為表示本發明的無刷電動機驅動旋轉工具的其他實施例的無刷電動機驅動螺絲刀的大致結構和控制系統的說明圖。另外，在為了便于說明，對于與上述圖1所示的實施例1相同的結構部分，添加相同的參照符號，詳細的說明省略。即，本實施例的無刷電動機驅動螺絲刀10′為省略了上述實施例中的扭矩設定離合器機構16、在無刷電動機12的驅動控制電路40中設置了負載電流檢測單元(圖中未表示)的裝置。其他的結構基本上與上述實施例1的無刷電動機驅動螺絲刀10相同。
但是，在本實施例中，驅動控制無刷電動機12時驅動開關的操作與上述實施例完全相同(參照圖3的步驟-1～步驟-3)。于是，當用無刷電動機驅動螺絲刀10′進行螺栓擰緊作業、達到所需要的螺栓擰緊扭矩值時，在本實施例中由將負載電流檢測單元(圖中未表示)檢測到的負載電流檢測信號S52輸入控制單元50中取代上述扭矩設定離合器機構16進行的離合動作(參照圖3的步驟-4)。因此這樣進行設定上述控制單元50將輸入的負載電流檢測信號S52與預先設定的設定值進行比較，當超過設定值時，將停止控制信號S46b輸出給無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的驅動電路46，通過變換電路44控制無刷電動機12使其停止(參照圖3的步驟-5)。通過這樣，無刷電動機驅動螺絲刀10′能夠完成所需要的螺栓擰緊作業。
并且，本實施例可以與上述實施例一樣作如下設定當進行無刷電動機12的停止控制時(參照圖3的步驟-5)，切斷無刷電動機12的驅動電力，同時控制操作無刷電動機12的驅動控制電路40中設置的變換電路44的由電橋結構構成的半導體將無刷電動機12的勵磁線圈12a、12b、12c短路，進行轉子的緊急制動。
并且，本實施例也可以與上述實施例一樣作如下設定當在操作上述作為驅動開關的手柄操作機構20或推壓操作機構18(參照圖3的步驟-2)的過程中，中止手柄操作或推壓操作(參照圖3的步驟-6)時，與上述步驟-5一樣進行無刷電動機12的停止控制(參照圖3的步驟-7)。
以上分別說明了本發明的優選實施例，但本發明并不局限于上述實施例的無刷電動機驅動螺絲刀，可以應用于能夠由無刷電動機分別驅動控制的各種旋轉工具，此外，在不超出本發明的精神的范圍內能夠進行多種設計變更。
權利要求
1.一種無刷電動機驅動旋轉工具，具備驅動旋轉工具旋轉的直流無刷電動機；設置在該無刷電動機的輸出軸與旋轉工具的軸結合部上的扭矩設定離合器機構；驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關；以及，結構為通過上述驅動開關的操作驅動上述無刷電動機旋轉、通過檢測上述離合器機構的離合動作進行上述無刷電動機的驅動停止的控制單元；其特征在于設置對作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構、檢測手柄操作或推壓操作的第1霍爾元件；并且設置對上述離合器機構檢測離合動作的第2霍爾元件；構成了這樣的控制單元，該控制單元根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作信號驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路，來驅動無刷電動機旋轉，根據上述第2霍爾元件檢測到的離合器機構的動作信號停止控制上述無刷電動機的驅動控制電路，使無刷電動機驅動停止。
2.如權利要求1所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，還設置了進行上述無刷電動機的正/反轉切換操作的正/反轉切換操作機構，并且設置了對上述正/反轉切換操作機構檢測正/反轉切換操作的第3霍爾元件；根據上述第3霍爾元件檢測到的正/反轉切換操作信號，通過上述控制單元使無刷電動機正轉或反轉。
3.如權利要求1或2所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，上述無刷電動機的驅動控制電路由以下構成連接到獲得用于驅動無刷電動機的電源電壓的商用電源上的AC/DC變換單元；用于將上述電源電壓變換成無刷電動機的驅動電壓的由半導體電橋結構構成的變換電路；適當開/關控制上述變換電路的由電橋結構構成的半導體的驅動電路；檢測轉子相對于無刷電動機的勵磁線圈的位置的位置檢測電路；以及，用于將根據上述位置檢測電路檢測到的位置檢測信號、切換提供給上述勵磁線圈的電流用的控制信號輸出給上述驅動電路的控制單元。
4.如權利要求1～3中的任一項所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，利用上述控制單元這樣進行設定當根據上述第2霍爾元件檢測到的離合器機構的動作信號、停止控制無刷電動機的驅動控制電路時，切斷無刷電動機的驅動電力，并且控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
5.如權利要求1～4中的任一項所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，當中止上述作為無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構的手柄操作或推壓操作機構的推壓操作時，這樣設定來進行無刷電動機的停止控制根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作中止信號，控制操作上述無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
6.一種無刷電動機驅動旋轉工具，具備驅動旋轉工具旋轉的直流無刷電動機；檢測該無刷電動機的負載電流的負載電流檢測單元；驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路的驅動開關；以及，結構為通過上述驅動開關的操作驅動上述無刷電動機旋轉，當由上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過預先設定的設定值時進行上述無刷電動機的驅動停止的控制單元；其特征在于設置有對作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作機構檢測手柄操作或推壓操作的第1霍爾元件；構成了控制單元，該控制單元根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作信號驅動控制上述無刷電動機的驅動控制電路，驅動無刷電動機旋轉，當上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過設定值時停止控制上述無刷電動機的驅動控制電路，使無刷電動機驅動停止。
7.如權利要求6所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，還設置了進行上述無刷電動機的正/反轉切換操作的正/反轉切換操作機構，并且設置了對上述正/反轉切換操作機構檢測正/反轉切換操作的第3霍爾元件；根據上述第3霍爾元件檢測到的正/反轉切換操作信號，通過上述控制單元使無刷電動機正轉或反轉。
8.如權利要求6或7所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，上述無刷電動機的驅動控制電路由以下構成用于獲得驅動無刷電動機用的電源電壓的AC/DC變換單元；用于將上述電源電壓變換成無刷電動機的驅動電壓的、與商用電源連接的、由半導體電橋結構構成的變換電路；適當開/關控制上述變換電路的由電橋結構構成的半導體的驅動電路；檢測轉子相對于無刷電動機的勵磁線圈的位置的位置檢測電路；以及，用于將根據上述位置檢測電路檢測到的位置檢測信號切換提供給上述勵磁線圈的電流的控制信號輸出給上述驅動電路的控制單元。
9.如權利要求6～8中的任一項所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，利用上述控制單元這樣設定當上述負載電流檢測單元檢測到的負載電流超過設定值時，停止控制無刷電動機的驅動控制電路，此時切斷無刷電動機的驅動電力，并且控制操作無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
10.如權利要求6～9中的任一項所述的無刷電動機驅動旋轉工具，其特征在于，當中止作為上述無刷電動機的驅動開關的手柄操作機構或推壓操作推壓操作機構的手柄操作或者推壓操作時，這樣設定無刷電動機的停止控制根據上述第1霍爾元件檢測到的驅動開關的操作中止信號，控制操作上述無刷電動機的驅動控制電路中設置的變換電路的由電橋結構構成的半導體，使無刷電動機的勵磁線圈短路，進行轉子的制動。
全文摘要
本發明提供一種不僅能夠總是適當且高效率地進行螺栓等定扭矩擰緊作業，并且能夠容易地達到使整個裝置小型、緊湊化和提高扭矩的控制精度，而且能夠消除現有技術的開關觸點產生的電火花或磨損以及給周圍電子設備或電子線路等帶來危害的問題，能夠實現構成元件的小型、長壽命化的無刷電動機驅動旋轉工具。其中，設置檢測作為驅動開關的手柄操作機構(20)或推壓操作機構(18)的各種操作的第1霍爾元件(31a、31b)；并且設置檢測離合動作的第2霍爾元件(32)；根據上述第1霍爾元件(31a、31b)輸出的操作信號驅動直流無刷電動機(12)旋轉，根據上述第2霍爾元件(32)的動作信號停止驅動直流無刷電動機(12)地構成控制單元(50)。
文檔編號B25B21/00GK1988984SQ20058002489
公開日2007年6月27日 申請日期2005年6月29日 優先權日2004年7月23日
發明者戶津勝行 申請人:戶津勝行