ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ
RPM VARIATOR SWITCH

По данной заявке испрашивается приоритет заявки на патент Японии № 2009-204734, содержание которой включено в настоящую заявку путем ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к переключателю для изменения скорости для регулирования скорости вращения электрического инструмента, включающего в себя резистивную пластину и щетку, перемещаемую со скольжением в заданном направлении относительно резистивной пластины, посредством действия тяги спускового крючка, в котором сопротивление резистивной пластины изменяется в соответствии со скольжением щетки относительно резистивной пластины.
Предшествующий уровень техники
Пример переключателей такого вида для изменения скорости показан на фиг. 7(A).
Переключатель 100 для изменения скорости включает в себя: подложку 101, щетку 107, которую можно перемещать со скольжением в указанном стрелкой направлении (в горизонтальном направлении) относительно подложки 101, и спусковой крючок (не показан), к которому прикреплена щетка 107. Часть 103 проводника и резистор 105 печатной платы сформированы на поверхности подложки 101, проходящей горизонтально. Крайняя левая сторона и крайняя правая сторона резистора 105 печатной платы подключены к клеммам T0 и T1, соответственно, а часть 103 проводника подключена к клемме T2. Дополнительно, крайняя левая часть и крайняя правая часть щетки 107 могут контактировать при скольжении с частью 103 проводника и резистором 105 печатной платы, соответственно.
При оттягивании спускового крючка переключателя 100 для изменения скорости, щетка 107 скользит из крайнего левого положения вправо в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка, и сопротивление между клеммами T1 и T2 (сопротивление переключателя 100 для изменения скорости) постепенно уменьшается. На фиг. 7(A) показано состояние, в котором спусковой крючок оттянут в положение максимума. На фиг. 7(B) показана эквивалентная схема переключателя 100 для изменения скорости.
Фиг. 8 изображает электрическую схему электрического инструмента, снабженного описанным выше переключателем 100 для изменения скорости. Опорное напряжение от контроллера 102 подают на клеммы T0 и T1 резистора 105 печатной платы переключателя 100 для изменения скорости. В результате напряжение сигнала, выводимого с клеммы T2, падает с уменьшением сопротивления переключателя 100 для изменения скорости. Контроллер 102 электрического инструмента управляет переключающим элементом - полевым транзистором (FET) таким образом, что ток, протекающий через двигатель M, увеличивается в соответствии с падением сигнала напряжения, выводимого из переключателя 100 для изменения скорости. Таким образом, скорость вращения электрического инструмента повышается посредством действия оттягивания спускового крючка переключателя 100 для изменения скорости.
Однако, так как описанный выше переключатель 100 для изменения скорости выполнен таким образом, что сопротивление изменяется посредством скольжения щетки 107 относительно подложки 101, контакт между щеткой 107 и подложкой 101 становится нестабильным в результате износа со временем щетки 107 и т.д., и сопротивление изменяется нестабильно, при оттягивании спускового крючка, как это проиллюстрировано на фиг. 7(C). Особенно существенно то, что при нестабильном колебании сопротивления во время оттягивания спускового крючка в положение максимума (см. стрелку R на фиг. 7(C)) колеблется и максимальный выходной сигнал (максимальная скорость вращения) электрического инструмента (см. стрелку N на фиг. 7(D)), что может ухудшать эффективность работы инструмента.
Для исключения этого дефекта используется конфигурация электрической схемы, в которой обеспечивается механический контакт 103 параллельно с переключающим элементом FET, и механический контакт 103 включается при оттягивании спускового крючка в положение максимума. В результате этого максимальный выходной сигнал электрического инструмента может не падать и снижение эффективности работы может быть уменьшено. Однако в этой модификации, даже если контроллер 102 управляет током двигателя, посредством считывания сигнала, указывающего на падение напряжения аккумулятора 104, контроллер 102 не может предотвратить чрезмерную разрядку аккумулятора 104. Это происходит потому, что ток двигателя протекает, несмотря на управляющий сигнал разряда от контроллера 102, при оттягивании спускового крючка в положение максимума.
В переключателе для изменения скорости, описанном в выложенной публикации патента Японии №7-220563, скорость вращения электрического инструмента можно регулировать согласно силе давления, прикладываемого к датчику давления, прикрепленному к спусковому крючку, с помощью чего можно решить описанную выше проблему.
Однако конструкция, в которой датчик давления прикреплен к спусковому крючку переключателя для изменения скорости, может быть значительно более дорогой.
Краткое изложение существа изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение стабильного вращения при низкой стоимости и в предотвращении чрезмерной разрядки аккумулятора во время работы электрического инструмента на полной скорости без изменения конфигурации для скольжения щетки относительно резистивной пластины.
Переключатель для управления скоростью вращения двигателя включает в себя: рабочий элемент, первую схему и вторую схему. Первая схема включает в себя щетку, соединенную с рабочим элементом, имеющим контакт, а также пластину с переменным сопротивлением, обладающую сопротивлением, которое изменяется в ответ на положение точки контакта щетки таким образом, что первая схема выводит сигнал управления на двигатель согласно положению точки контакта. Вторая схема соединяет щетку и резистивную пластину не через точку контакта, при расположении щетки в заданном положении относительно резистивной пластины.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид сбоку электрического инструмента, снабженного переключателем для изменения скорости, согласно примеру осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2(A) - вид электрической схемы электрического инструмента;
фиг. 2(B) - вид переключателя для изменения скорости, в котором спусковой крючок возвращен в исходное положение;
фиг. 2(C) - вид переключателя для изменения скорости, в котором спусковой крючок оттянут в положение максимума;
фиг. 3(A) - диаграмма, на которой представлено соотношение между величиной оттягивания спускового крючка и сопротивлением переключателя для изменения скорости;
фиг. 3(B) - диаграмма, на которой представлено соотношение между величиной оттягивания спускового крючка и скоростью вращения электрического инструмента;
фиг. 4(A) - вид электрической схемы приводного инструмента, снабженного переключателем для изменения скорости согласно другому варианту осуществления;
фиг. 4(B) - диаграмма, на которой представлено соотношение между величиной оттягивания спускового крючка и сопротивлением переключателя для изменения скорости;
фиг. 4(C) - диаграмма, на которой представлено соотношение между величиной оттягивания спускового крючка и скоростью вращения электрического инструмента;
фиг. 5 - вид электрической схемы приводного инструмента, снабженного переключателем для изменения скорости, согласно другому варианту осуществления;
фиг. 6 - вид электрической схемы приводного инструмента, снабженного переключателем для изменения скорости, согласно другому варианту осуществления;
фиг. 7(A) - вид известного переключателя для изменения скорости, в котором спусковой крючок оттянут в положение максимума;
фиг. 7(B) - вид эквивалентной схемы переключателя для изменения скорости;
фиг. 7(C) - диаграмма, на которой представлено соотношение между величиной оттягивания спускового крючка и сопротивлением переключателя для изменения скорости;
фиг. 7(D) - диаграмма, на которой представлено соотношение между величиной оттягивания спускового крючка и скоростью вращения электрического инструмента;
фиг. 8 - вид электрической схемы известного электрического инструмента;
фиг. 9 - вид электрической схемы известного электрического инструмента.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Каждый из дополнительных признаков и каждое из изобретений, раскрытых выше и ниже, могут быть использованы отдельно или в сочетании с другими признаками для создания улучшенного переключателя для изменения скорости. Представленные примеры настоящего изобретения, в которых раскрыты многие из этих дополнительных признаков и идей отдельно и в сочетании друг с другом, ниже описаны подробно со ссылками на прилагаемые чертежи. Данное подробное описание просто предназначено для раскрытия специалисту в данной области техники дополнительных деталей для практического использования предпочтительных аспектов настоящих изобретений, но не предназначено для ограничения объема изобретения. Объем заявленного изобретения определен только формулой изобретения. Таким образом, сочетания признаков и этапов, раскрытых в последующем подробном описании, могут быть не обязательно необходимыми для практического использования изобретения в самом широком его смысле, а вместо этого они предназначены скорее для подробного описания примеров изобретения. Кроме того, различные признаки представленных примеров и зависимых пунктов формулы изобретения могут быть объединены в таком порядке, который не указан специально, для обеспечения дополнительных полезных примеров настоящих идей.
Одна конструкция переключателя для регулирования скорости вращения электрического инструмента может включать в себя резистивную пластину и щетку, которую можно перемещать со скольжением в заданном направлении относительно резистивной пластины посредством действия натягивания спускового крючка. Переключатель является переключателем для изменения скорости, в котором сопротивление изменяется посредством скольжения щетки относительно резистивной пластины. Сопротивление изменяется в соответствии с положением щетки при ее скольжении относительно резистивной пластины. И переключатель может включать в себя основную схему переключателя и вспомогательную схему переключателя для вывода сигнала. Основная схема переключателя выполнена таким образом, что напряжение сигнала выводится из клеммы щетки в состоянии опорного напряжения, прикладываемого между клеммой стороны начального положения скользящей щетки на резистивной пластине, и клеммой стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине, а вспомогательная схема переключателя выполнена таким образом, что клемма конечного положения скользящей щетки электрически соединена с клеммой щетки, при оттягивании спускового крючка в заданное положение.
Согласно этой конструкции, при оттягивании спускового крючка в заданное положение, клемма стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине электрически соединена с клеммой щетки через вспомогательную схему переключателя.
Например, при оттягивании спускового крючка в заданное положение, когда клемму стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине и клемму щетки соединяют через вспомогательную схему переключателя, то напряжение сигнала на клемме щетки становится равным напряжению на клемме стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине. Кроме того, при соединении клеммы стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине, и клеммы щетки посредством постоянного сопротивления через вспомогательную схему переключателя, напряжение сигнала на клемме щетки становится пропорциональным напряжению на клемме стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине.
В результате, даже если сопротивление основной схемы переключателя колеблется нестабильно из-за износа со временем щетки или резистивной пластины, напряжение сигнала на клемме щетки является постоянным при оттягивании спускового крючка в заданное положение. Таким образом, при оттягивании спускового крючка в заданное положение скорость вращения электрического инструмента не может быть нестабильной, и работа не может ухудшаться при использовании электрического инструмента в этих условиях.
В большинстве случаев электрический инструмент можно использовать в состоянии, при котором спусковой крючок оттянут в положение максимума (установочное положение, при котором может быть обеспечена максимальная скорость вращения). При этом возникает небольшая проблема, связанная с тем, что скорость вращения электрического инструмента становится нестабильной во время процесса оттягивания спускового крючка в положение максимума и, таким образом, во многих случаях, состояние, при котором спусковой крючок оттягивают в положение максимума, устанавливают как заданное положение.
Состояние, в котором спусковой крючок оттянут в положение максимума, является состоянием, в котором напряжение сигнала равно напряжению, создаваемому при оттягивании спускового крючка в предельное положение, и включает в себя состояние, в котором спусковой крючок оттянут в близкое к предельному положению.
Таким образом, так как конструкция, которая включает в себя резистивную пластину, а щетка может быть использована с небольшой модификацией, стабильность вращения электрического инструмента может быть достигнута при низкой стоимости. Кроме того, так как нет необходимости в создании механического контакта параллельно переключающему элементу в электрической схеме, то может быть предотвращена чрезмерная разрядка аккумулятора.
Согласно другой конструкции вспомогательная схема переключателя может включать в себя механический контакт, который соединяет клемму стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине и клемму щетки.
Согласно другой конструкции вспомогательная схема переключателя может включать в себя щетку, которую можно перемещать со скольжением вместе со спусковым крючком в заданном направлении, и проводник, с которым соединена щетка, при оттягивании спускового крючка в заданное положение, и между щеткой и проводником может быть сформирован механический контакт.
Таким образом, обеспечивают состояние, при котором, при оттягивании спускового крючка в заданное положение, механический контакт во вспомогательной схеме переключателя может быть замкнут.
Согласно другой конструкции вспомогательная схема переключателя может включать в себя полупроводниковый переключатель и может быть сконфигурирована таким образом, чтобы полупроводниковый переключатель становился проводящим при оттягивании спускового крючка в заданное положение.
Таким образом, долговечность вспомогательной схемы переключателя может быть увеличена.
Согласно указанному выше, стабильность вращения при вращении электрического инструмента на полной скорости может быть достигнута при низкой стоимости. Дополнительно, может быть предотвращена чрезмерная разрядка аккумулятора.
Ниже описан со ссылками на фиг. 1-6 переключатель для изменения скорости согласно примеру, который является рабочим переключателем типа спускового крючка, используемым в ударном приводном инструменте (называемом ниже электрическим инструментом).
Электрический инструмент кратко описан ниже до описания переключателя для изменения скорости.
Электрический инструмент 10 согласно примеру содержит трубообразный основной корпус 12 и захватываемую часть 15, выступающую от боковой части основного корпуса 12 (нижняя часть на фиг. 1).
Двигатель 18 размещен в задней части основного корпуса 12, а приводной механизм 19 для повышения крутящего момента двигателя 18 и для передачи крутящего момента к конечному инструменту 11 размещен перед двигателем 18. Дополнительно, плата 17 схемы установлена с задней стороны двигателя 18, и переключающий элемент FET, и контроллер 32 для управления переключением FET установлены на плате 17 схемы (см. фиг. 2(A)).
Захватываемая часть 15 включает в себя ручку 15h, которую может держать пользователь при выполнении работ электрическим инструментом 10, а также включает в себя нижнюю часть 15p, расположенную ниже ручки 15h (конечная сторона). Переключатель 20 типа спускового крючка для изменения скорости, который действует при оттягивании спускового крючка пользователем, предусмотрен в конечной части ручки 15h. Дополнительно, соединительный механизм (не показан), которым соединена захватываемая часть 15 с аккумуляторной батареей 16, предусмотрен в нижней части 15p захватываемой части 15.
Переключатель 20 для изменения скорости предназначен для повышения скорости вращения электрического инструмента 10 (двигателя 18) в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка 21, и он включает в себя основную схему 22 переключателя и вспомогательную схему 27 переключателя для вывода сигнала, которые соединены параллельно, как это показано на фиг. 2(A)-2(C).
Основная схема 22 переключателя включает в себя подложку 23 и щетку 24, которая скользит в указанном стрелкой направлении (в горизонтальном направлении) относительно подложки 23 и перемещается вместе со спусковым крючком 21. На поверхности подложки 23 сформированы часть 23c проводника и резистор 23r печатной схемы, проходящие в направлении скольжения щетки 24 (в горизонтальном направлении). Один конец (левый конец) резистора 23r печатной схемы соединен с клеммой T0, другой конец (правый конец) соединен с клеммой T1, а проводящая часть 23c соединена с клеммой T2. Дополнительно, левый конец 24e перемещаемой со скольжением части щетки 24 может быть соединен с частью 23c проводника, а правый конец 24f перемещаемой со скольжением части щетки 24 может быть соединен с резистором 23r печатной схемы. Таким образом, при оттягивании спускового крючка 21 переключателя 20 для изменения скорости щетка 24 скользит вправо из левого конечного положения, показанного на фиг. 2(B), в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка 21, и сопротивление основной схемы 22 переключателя постепенно уменьшается. Наконец, при оттягивании спускового крючка 21 в положение максимума, при котором щетка 24 доходит до правого конечного положения, как это показано на фиг. 2(C), сопротивление основной схемы 22 переключателя становится равным нулю.
А именно, подложка 23, включающая в себя и часть 23c проводника, и резистор 23r печатной схемы, соответствует резистивной пластине согласно настоящему изобретению. И клемма T0, которая является одним концом (левым концом) резистора 23r печатной схемы, соответствует клемме стороны начального положения скользящей щетки на резистивной пластине согласно настоящему изобретению, а клемма T1, которая является другим концом (правым концом) резистора 23r печатной схемы, соответствует клемме стороны конечного положения скользящей щетки на резистивной пластине согласно настоящему изобретению. Дополнительно, клемма T2, соединенная со щеткой 24 через часть 23c проводника, соответствует клемме щетки согласно настоящему изобретению.
Вспомогательная схема 27 переключателя содержит механический контакт 27s. Один конец механического контакта 27s соединен с клеммой T1, а другой конец соединен с клеммой T2. Механический переключатель 27s выполнен таким образом, что он замыкается при оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума (см. фиг. 2(C)) и размыкается в обратном случае. Таким образом, во время процесса оттягивания спускового крючка 21 из положения минимума в направлении вблизи положения максимума, механический контакт 27s вспомогательной схемы 27 переключателя размыкается, и между клеммами T1 и T2 возникает сопротивление основной схемы 22 переключателя. При оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума механический контакт 27s вспомогательной схемы 27 переключателя замыкается, и между клеммами T1 и T2 возникает сопротивление, равное 0. А именно, клемму T1 стороны конечного положения скользящей щетки на резисторе 23r печатной схемы и клемму T2 щетки 24 в основной схеме 22 переключателя замыкают накоротко.
Электрическая схема 30 (как показано на фиг. 2(A)) электрического инструмента 10 включает в себя переключающий элемент FET для управления током, подаваемым к двигателю 18, и контроллер 32 для управления переключением FET в соответствии с сигналом от переключателя 20 для изменения скорости. Контроллер 32 выполнен таким образом, что он может создавать опорное напряжение между клеммами T0 и T1 резистора 23r печатной схемы в переключателе 20 для изменения скорости (основная схема 22 переключателя). Таким образом, так как сопротивление между клеммой T1 основной схемы 22 переключателя и клеммой T2 (клемма T2 щетки 24) уменьшается, сигнал напряжения, выводимый с клеммы T2 щетки 24 падает. Контроллер 32 управляет переключающим элементом FET таким образом, чтобы ток, подаваемый к двигателю 18, повышался в соответствии с падением сигнала напряжения переключателя 20 для изменения скорости (сигнала напряжения клеммы T2). Как указано выше, переключатель 20 для изменения скорости (основная схема 22 переключателя) выполнен таким образом, чтобы сопротивление уменьшалось в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка 21, и, таким образом, оттягиванием спускового крючка 21 можно увеличивать скорость вращения электрического инструмента 10 посредством контроллера 32.
В описанном выше переключателе 20 для изменения скорости, при оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума клемму T1 стороны конечного положения скользящей щетки на резисторе 23r печатной схемы основной схемы 22 переключателя и клемму T2 щетки 24 электрически соединяют через вспомогательную схему 27 переключателя. А именно, клемму T1 стороны конечного положения скользящей щетки на резисторе 23r печатной схемы основной схемы 22 переключателя и клемму T2 щетки 24 замыкают накоротко. В результате этого напряжение сигнала клеммы T2 щетки 24 становится равным напряжению клеммы T1 стороны конечного положения скользящей щетки на резисторе 23r печатной схемы основной схемы 22 переключателя. Таким образом, даже если сопротивление основной схемы 22 переключателя (напряжение сигнала клеммы T2) колеблется нестабильно, как это показано на фиг. 3(A), из-за того, что щетка 24 или резистор 23r печатной схемы изнашиваются со временем, напряжение сигнала на клемме T2 щетки 24 является постоянным при оттягивании спускового крючка 21 к заданному положению (см. часть R на фиг. 3(A)). Таким образом, как показано стрелкой N на фиг. 3(B), скорость вращения (максимальная скорость) электрического инструмента не может быть нестабильной при оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума, и может быть предотвращено ухудшение работы электрического инструмента при этих условиях. Во многих случаях электрический инструмент можно использовать в состоянии, в котором спусковой крючок 21 оттягивают к положению максимума, и при этом возникает небольшая проблема, даже если скорость вращения становится нестабильной во время процесса перемещения спускового крючка 21 в заданное положение.
Как указано выше, стабильность вращения электрического инструмента 10 может быть достигнута при низкой стоимости, так как подложка 23 и щетка 24, содержащиеся в основной схеме 22 переключателя, могут быть использованы с небольшой модификацией.
Описанная выше конструкция не является ограниченной описанным выше примером, и в конструкцию могут быть внесены различные изменения без отступления от объема изобретения. Например, в приведенном выше примере показано, что электрический инструмент 10 включает в себя переключатель 20 для изменения скорости, выполненный таким образом, чтобы сопротивление уменьшалось в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка 21. Однако, как показано на фиг. 4(B), описанная выше конструкция может быть применена к электрическим инструментам, в которых используется переключатель 20 для изменения скорости, выполненный таким образом, что сопротивление (напряжение сигнала) повышается в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка 21.
В этом случае, как показано на фиг. 4(A), переключатель 20 для изменения скорости выполнен таким образом, чтобы клемма T0 и клемма T1 были соединены с отрицательной стороной и с положительной стороной контроллера 32, соответственно, а опорное напряжение подают на клеммы T0 и T1. В результате этого сигнал напряжения, выводимый с клеммы T2 щетки 24, повышается в соответствии с величиной оттягивания спускового крючка 21. Контроллер 32 управляют переключением FET таким образом, чтобы ток, подаваемый к двигателю 18, увеличивался в соответствии с увеличением сигнала напряжения переключателя 20 для изменения скорости (сигнала напряжения клеммы T2).
Вспомогательная схема 27 переключателя содержит механический контакт 27s, причем один конец механического контакта 27s соединен с клеммой T1, а другой конец соединен с клеммой T2.
В результате, даже если сопротивление основной схемы 22 переключателя колеблется нестабильно из-за того, что щетка 24 или резистор 23r печатной схемы изнашиваются со временем, механический контакт 27s вспомогательной схемы 27 переключателя замыкается при оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума, и напряжение сигнала клеммы T2 щетки 24 является постоянным при оттягивании спускового крючка к заданному положению спускового крючка 21. Таким образом, как это показано стрелкой N на фиг. 4(C), скорость вращения электрического инструмента во время оттягивания спускового крючка 21 к положению максимума становится стабильной, и работа не может быть ухудшена.
Вместо механического контакта 27s вспомогательной схемы 27 переключателя (фиг. 4(A)) можно сделать так, чтобы была обеспечена щетка 27b, которую перемещают вместе со спусковым крючком 21, и чтобы один конец щетки 27b был соединен с клеммой T4 при оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума, как это показано на фиг.5.
Дополнительно, как показано на фиг. 6, можно сделать так, чтобы вспомогательная схема 27 переключателя включала в себя контакт 27s и полупроводниковый переключатель 27e.
Дополнительно, пример показывает, что вспомогательная схема 27 включается при оттягивании спускового крючка 21 к положению максимума, но можно сделать так, что вспомогательная схема 27 включается при оттягивании спускового крючка 21 к заданному положению.
Дополнительно, пример показывает, что вспомогательная схема 27 переключателя встроена внутри переключателя 20 для изменения скорости, но можно сделать так, что вспомогательная схема 27 переключателя предусмотрена снаружи переключателя 20 для изменения скорости. Также можно встроить вспомогательную схему 27 переключателя и контроллер 32 внутрь переключателя 20 для изменения скорости.