CN107635726A - 具有用户可选择操作模式的动力工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手持式动力工具，所述手持式动力工具包含外壳组合件、输出主轴及马达端盖。所述外壳组合件支撑具有转子的电动马达，所述转子经配置以在所述电动马达被供以电力时旋转。所述输出主轴从所述外壳组合件的输出端突出且功能性地耦合到所述转子，使得所述输出主轴响应于所述转子的旋转而旋转。所述马达端盖位于所述外壳组合件上、邻近所述电动马达且与所述输出主轴相对。说明性控制器可操作以确定其中所述手持式动力工具正在操作的紧固操作的阶段。所述手持式动力工具的所述紧固操作的所述阶段包含两个阶段，包含：(1)持续运行阶段及(2)冲击阶段。

Description

具有用户可选择操作模式的动力工具

相关申请案

本申请案涉及且主张2015年6月5日提出申请的序列号为62/171,504的美国临时专利申请案及2016年6月6日提出申请的标题为“具有用户可选择操作模式的动力工具(Power Tools with User-Selectable Operational Modes)”的美国专利申请案第15/172,501号的优先权。上述所引用申请案中所揭示的标的物借此以引用的方式明确并入到本申请案中。

技术领域

本发明大体来说涉及动力工具且更特定来说涉及具有各种用户可选择操作模式的动力工具。

发明内容

动力工具(例如，冲击工具)通常包含触发器，所述触发器经设计以由用户操作以控制递送到动力工具的马达的运动力的量，且因此控制由马达递送到动力工具的输出主轴的动力量。现今，市面上的许多动力工具仅依赖于用户通过操纵触发器来主动调整工具的速度及运行时间的持续时间。

相比之下，本发明的说明性实施例提供一种手持式动力工具，其包括外壳组合件、输出主轴、马达端盖及控制器。所述外壳组合件支撑具有转子的电动马达，所述转子经配置以在电动马达被供以电力时旋转。所述输出主轴从所述外壳组合件的输出端突出且功能性地耦合到所述转子，使得所述输出主轴响应于所述转子的旋转而旋转。所述马达端盖位于所述外壳组合件上、邻近所述电动马达且与所述输出主轴相对。所述控制器可操作以确定其中所述手持式动力工具正在操作的紧固操作的阶段。所述手持式动力工具的所述紧固操作的所述阶段包括两个阶段，包含：(1)持续运行阶段及(2)冲击阶段。所述持续运行阶段的特征在于：所述输出主轴具有第一旋转速度、持续旋转及低输出转矩，直到所述输出主轴经受来自正由所述手持式动力工具旋转的紧固件的阈值旋转阻力为止。一旦出现来自正由所述手持式动力工具旋转的紧固件的所述阈值旋转阻力，所述冲击阶段便开始。所述冲击阶段的特征在于所述输出主轴经受在第二旋转速度下的间歇性旋转且处于较高输出转矩下，所述第二旋转速度是比所述第一旋转速度低的速度。

本发明的以上及其它实施例还可包括：所述紧固操作的所述阶段是由所述电动马达所汲取的电流确定，且其中在所述冲击阶段期间，所述马达比在所述持续运行阶段期间汲取更多电流；所述紧固操作的所述阶段是由所述控制器依据由以下操作中的至少一者组成的群组来确定：使用来自所述电动马达的电磁场来检测所述电动马达的旋转速度、监测定位成邻近所述电动马达的所述转子的编码器的输出、监测定位于所述转子上的旋转变压器的输出及监测定位成接近于所述电动马达上的转子磁体的至少一个霍尔效应传感器的输出；所述紧固操作的所述阶段是依据由以下操作中的至少一个者组成的群组来确定：所述控制器识别所述电动马达的所述转子因马达负荷增加而出现的减速；电动马达驱动器通过监测控制回路误差值来识别马达转矩的突然改变；所述控制器监测电池电压；所述控制器监测定位于所述手持式动力工具中的麦克风的输出信号，使得当所述手持式动力工具中的冲击机构产生预定噪声且由所述麦克风检测到时，将所述输出信号发送到所述制器；定位成邻近所述冲击机构的传感器确定锤体是否已移动，其中所述传感器选自由以下各项组成的群组：霍尔效应传感器、线性可变差分变压器(LVDT)及微型开关以及安装于所述电动马达与所述冲击机构之间以测量指示冲击的转矩增大的转矩传感器；用以监测所述紧固操作的所述阶段的至少一个传感器，所述至少一个传感器选自由以下各项组成的群组：铁砧角度编码器；锤体角度传感器；锤体轴向行进传感器；加速度计，其位于锤体上；马达电刷反弹传感器，其经配置以检测在电刷离开所述电动马达的换向器时所导致的中断；圆锥离合器，其被集成到所述手持式动力工具上的前部位置中、经配置以开始在预设转矩下滑移；及用以检测扭矩振动以确定套接角度的传感器；去往所述电动马达的所述电力是基于所述紧固操作的所述阶段及多种操作模式；在所述冲击阶段期间，所述电动马达比在所述持续运行阶段期间汲取更多电流，使得当所述电动马达开始旋转时在供应到所述电动马达的所述电流出现初始尖峰之后，比所述初始尖峰少的电流被施加到所述电动马达以维持恒定速度，其中冲击一旦开始之后，施加到所述电动马达的所述电流便增加，同时施加到所述电动马达的负荷也增加；所述电动马达是无刷DC马达，其中所述控制器接通及关断通过所述无刷DC马达的绕组的电力以监测所述无刷DC马达的旋转位置或速度。

本发明的另一说明性实施例提供一种手持式动力工具，其包括外壳组合件、输出主轴、电动马达、马达端盖及用户界面。所述外壳组合件支撑具有转子的电动马达，所述转子经配置以在所述电动马达被供以电力时旋转。所述输出主轴从所述外壳组合件的输出端突出。所述输出主轴功能性地耦合到所述转子，使得所述输出主轴响应于所述转子的旋转而旋转。所述马达端盖位于所述外壳组合件上、邻近所述电动马达且与所述输出主轴相对。所述用户界面经配置以选择所述手持式动力工具的多种操作模式中的一者，所述多种操作模式基于所述手持式动力工具的紧固操作的阶段而控制供应到所述电动马达的所述电力。所述紧固操作的这些阶段选自由持续运行阶段及冲击阶段组成的群组。

本发明的以上及其它实施例还可包括：所述持续运行阶段的特征在于：具有第一旋转速度、持续旋转及低输出转矩，直到所述输出主轴经受来自正由所述手持式动力工具旋转的紧固件的阈值旋转阻力为止，其中一旦出现来自由所述手持式动力工具旋转的所述紧固件的所述阈值旋转阻力，所述冲击阶段便开始，且其中所述冲击阶段的特征在于所述输出主轴经受在第二旋转速度下的间歇性旋转且处于较高输出转矩下，所述第二旋转速度是比所述第一旋转速度低的速度；所述多种操作模式中的第一操作模式是标准模式，使得在所述持续运行阶段及所述冲击阶段期间向所述电动马达递送全电力；所述多种操作模式中的第二操作模式是经减小动力模式，使得在所述持续运行阶段期间向所述电动马达递送全电力且在所述冲击阶段期间向所述电动马达递送不足所述全电力；当处于所述经减小动力模式中时且当所述手持式动力工具冲击时，通过所述电动马达的所述电流上升，这向所述控制器指示所述冲击阶段已经开始且减小递送到所述电动马达的所述电力；所述多种操作模式中的第三操作模式是转矩杆稳定模式，使得所述控制器经配置以避免会在所述手持式动力工具中产生振荡的操作速度，所述振荡致使所述手持式动力工具振动；所述多种操作模式中的第四操作模式是配接模式，使得在由所述控制器检测到指示所述手持式动力工具已进入所述冲击阶段的电流上升之后，所述控制器使所述电动马达操作维持达预定时间量，且其中所述预定时间量是由所述控制器的内部时钟确定；在所述配接模式期间，所述控制器使所述电动马达保持在所述持续运行阶段期间在预定速度下操作达预定时间量，且其中所述预定速度小于所述电动马达的全速；在减速运行期间维持所述手持式动力工具的紧固速度，同时限制由所述手持式动力工具施加到紧固件的最后转矩；所述多种操作模式是用户可选择操作模式；所述多种操作模式中的第五操作模式是配接软模式，使得在所述持续运行阶段期间以全速旋转所述输出主轴之后，在所述冲击阶段期间以经减小动力冲击所述输出主轴达固定时间量；所述多种操作模式经配置以在所述多种操作模式中的任一者已结束操作之后包含沿反向方向进行若干次冲击；所述多种操作模式中的一种操作模式包含在持续运行阶段中且并不保持在冲击阶段中保持的低转矩；所述多种操作模式包含螺纹错扣模式，在所述模式中在持续运行阶段的开始处，输出主轴在加速到第二速度之前在第一旋转速度下旋转达预定持续时间；及可操作以选择所述多种操作模式的用户界面是定位于手持式动力工具的后部分上的旋转旋钮，且所述旋转旋钮可定位于对应于所述多种操作模式的一或多个位置处。

附图说明

在附图中以实例方式而非以限制方式图解说明本发明中所描述的概念。为图解的简化及清晰起见，各图中所图解说明的元件未必按比例绘制。举例来说，为清晰起见，一些元件的尺寸可相对于其它元件被放大。此外，在认为适当的情况下，已在各图当中重复参考标记以指示对应或类似元件。

图1是动力工具的一个说明性实施例的透视图；

图2是图1的动力工具的侧视立视图；

图3是图1的动力工具的前视立视图；

图4图1的动力工具的后视立视图；

图5是图解说明图1的动力工具的各种组件的简化框图；

图6是图解说明用于实施图1的动力工具的用户所选操作模式的过程的一个说明性实施例的流程图；

图7是表示当在经减小功率模式中操作时递送到图1的动力工具的马达的电流的曲线图；且

图8是表示当在配接(snug-up)模式中操作时递送到图1的动力工具的马达的电流的曲线图。

具体实施方式

虽然本发明的概念易于做出各种修改及替代形式，但本发明的具体示范性实施例已以实例方式在图式中展示且将在本文中予以详细描述。然而，应理解，并不打算将本发明的概念限制于所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖属于本发明的精神及范围内的所有修改形式、等效形式及替代形式。

图1到5图解说明动力工具10的一个实施例，更特定来说图解说明包含外壳12及锤体壳14的冲击工具10的一个实施例。外壳12包含马达外壳15、手柄20及动力源外壳30以及其它组件。马达外壳15围封：马达38(参见图5)，其经配置以提供运动力；及齿轮组合件72(参见图5)，其经配置以将运动力从动力工具10的马达38传递到输出主轴50。在说明性实施例中，手柄20在马达外壳15与动力源外壳30之间延伸且经配置以可由动力工具10的用户抓握。动力源外壳30耦合到手柄20的与马达外壳15相对的一端且经配置以连接到动力源34(参见图2)，例如电池或运动流体源(例如，压缩空气)。在说明性实施例中，动力工具10是电动冲击工具，其由可拆卸地耦合到动力源外壳30的电池供电。在说明性实施例中，马达38是电动马达，更特定来说是无刷直流(DC)马达。

在说明性实施例中，动力工具10还包含控制器70，控制器70支撑于外壳12(参见图5)中、连接到动力源34且经配置以管理与动力工具10的操作相关联的多个过程。在一些实施例中，控制器70包含执行本文中所揭示的功能可能必需的处理器、存储器、输入/输出子系统及其它组件。控制器可体现为能够实施数字逻辑的任何类型的电子装置。存储器可经配置为只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、快闪存储器或电可擦除可编程ROM(EEPROM)。

图1、2、3及4中所展示的外壳12包含经配置以允许用户调整动力工具10的一或多个用户可选择特征的若干个用户可选择输入装置(例如，触发器、开关及旋钮)。举例来说，外壳12包含定位在手柄20上接近马达外壳15的触发器36，使得触发器36可由抓握动力工具10的手柄20的用户操作。在许多动力工具中，触发器的主要功能是控制由马达递送到输出主轴的运动力。触发器36是弹簧加压式的且将默认将动力工具10保持为关机。当用户拉动触发器36，动力从动力源34被递送到马达38，从而致使马达38旋转。在一些实施例中，触发器36可包含许多位置，使得触发器越被按压，越多的动力被递送到马达38且马达38旋转地越快。

举例来说，在动力工具10的正常操作模式中，如果用户完全按压触发器36，那么马达38将致使输出主轴50以全动力旋转。在另一实例中，在正常操作模式中，如果用户仅部分地按压触发器36，马达38将发向输出主轴50供应少于全动力。在一些实施例中，触发器36也可用于控制动力工具10的其它特征，例如控制动力工具100的前灯或照明单元60的操作。举例来说，按压触发器36可接通动力工具10的照明单元60且向马达38供应动力，从而致使马达38转动且产生运动力。在一些实施例中，如果触发器36仅被部分地按压，那么动力工具10的照明单元60将接通，但动力工具10的马达38将不旋转，借此允许用户在操作动力工具10之前照射动力工具10的工作空间。

外壳12还包含定位于外壳12中、可由动力工具10的用户调整的正向/空档/反向开关40(“F/N/R开关”)。在说明性实施例中，F/N/R开关40定位于动力工具10的手柄中、接近触发器36且接近马达外壳15。F/N/R开关40的说明性实施例包含正向位置、空档位置及反向位置。正向位置经配置以在触发器36被按压时致使马达38沿正向方向旋转。反向位置经配置以在触发器36被按压时致使马达38沿向后方向或反向方向旋转。空档位置将触发器36与马达38断开连接，使得即使触发器36被按压马达38仍将不会旋转。

外壳12还包含旋转旋钮42，旋转旋钮42定位于外壳12的后部分18上使得旋钮42在动力工具10的正常操作期间面向用户。旋转旋钮42经配置以允许用户所选动力工具10的多个操作模式中的一者。当旋转旋钮42时，其通过对应于相应操作模式的多个掣子(未展示)。在一些实施例中，旋钮42包含与动力工具10的相应掣子特征啮合的弹簧加压式特征。旋钮42上的弹簧加压式特征可以是与旋钮成整体的“弹簧片”类型的特征或者可以是形成弹簧加压式的特征组的多个组件(例如，由螺旋弹簧预先加压的滑动活塞，未展示但在标题为‘动力工具用户界面’的临时专利申请案第62/171706号中予以揭示；所述申请案的揭示内容以其全文引用的方式并入本文中)。外壳12还可具有多个凹槽，所述凹槽用以接受旋钮42上的弹簧加压式特征以形成对应于旋钮42的旋转位置的必要掣子。在另一实施例中，掣子凹槽可被并入到邻近旋钮42的电动马达后表面中。在又一实施例中，弹簧加压式特征可被集成到马达的工具外壳或后表面中，且掣子凹槽可被集成到旋钮中。在说明性实施例中，旋钮的每一受掣旋转位置对应于动力工具100的相应操作模式。

动力工具10可包含用以指示动力工具10的操作参数的用户输出装置86(参见图5)，例如指示灯。在一些实施例中，板上芯片(COB)发光二极管(LED)用作指示灯以向用户提供关于动力工具10的操作条件的反馈。由此类指示灯提供的反馈可包含电池电量、所选操作模式、执行维修提醒、故障指示或紧固完成指示。COB LED也可在动力工具10中提供非功能性的美观灯。COB LED可以不同色彩点亮及/或可以不同图案闪烁/闪光以向用户传达各种消息。在一些实施例中，用户输出装置是经配置以将电池电量显示为“条形图”的COBLED。另外或另一选择为，动力工具10的用户输出装置86(参见图5)可体现为任何类型的音频输出、视觉输出(例如，灯或各种屏幕)及/或触觉输出(举例来说)。

在图5的框图中所指示的说明性实施例中，锤体壳14支撑冲击机构80及输出主轴50。锤体壳14包含支撑照明单元60的可拆卸鼻突件32，且包含经配置以与对应外壳电连接器64配合的锤体壳电连接器62。外壳64中的电连接器连接到动力工具10的电池及控制器70且经配置以向锤体壳14的电组件(例如照明单元60)提供动力及控制信号。

应了解，动力工具10的冲击机构80可以是任何类型的冲击机构，例如球与凸轮冲击机构(有时被称为“波茨(Potts)”机构)或毛雷尔(Maurer)冲击机构。通常，冲击机构80包含：铁砧84，其耦合到输出主轴50且经配置以绕输出轴线66旋转；及锤体82，其耦合到马达的输出且经配置以响应于马达38的旋转而旋转。锤体82包含一或多个颚板(未展示)，所述一或多个颚板经配置以撞击铁砧84，且借此致使铁砧84连接到输出主轴50以旋转。

所图解说明的输出主轴50形成为单个单一整件。输出主轴50的第一端延伸到锤体壳14外部且经配置以耦合到任何数目个工作附件。输出主轴50的第二端延伸到锤体壳14内部且耦合到铁砧84。在一些实施例中，输出主轴50的第二端可与两个颚板形成在一起以形成铁砧84。锤体82的颚板经配置以响应于马达38的旋转而冲击铁砧84以功能性地驱动输出主轴50。术语“功能性地驱动”在本文中被定义为锤体82的颚板旋转以冲击铁砧84的相应颚板且借此致使输出主轴50间歇性旋转的关系。在一些实施例中，马达38每旋转一次重复冲击循环两次。

锤体壳14还包含可拆卸鼻突件32，其经定位以位于动力工具10的锤体壳14的前部。鼻突件32包含照明单元60及锤体壳电连接器62，且经配置以防止配合中的电连接器意外断开连接。

如上文所述，锤体壳14可包含至少一个照明单元60。在说明性实施例中，锤体壳14上的照明单元60是经配置以照射动力工具10的工作空间的前灯。在说明性实施例中，前灯定位于锤体壳14的鼻突件32中，使得其环绕输出主轴50且经配置以沿着由输出主轴50定义的输出轴线66发出光且照射动力工具10的工作空间。照明单元60包含：一或多个灯，其安装于锤体壳14中；保护性透明透镜61，其经配置以防止由外来碎屑导致的对灯的损坏及污染；及电路，其用以向前灯提供电力及控制信号。在优选实施例中，所述一或多个灯是形成为环绕输出主轴50且照射动力工具10的工作空间的环形圈的COB LED。在另一实施例中，所述一或多个灯是形成为协作以环绕输出主轴的弧的两个或多于两个COB LED。

在说明性实施例中，动力工具10包含一或多个用户可选择操作模式，所述用户可选择操作模式经配置以允许用户快速执行任务同时防止用户对紧固件施加过多转矩或者损坏工件。现在参考图6，将用于实施动力工具10的用户所选操作模式的方法展示为简化流程图。说明性方法包括：确定由动力工具10执行的紧固操作的操作阶段，如由参考编号90指示；且基于操作阶段及用户所选操作模式而向动力工具10的马达38施加动力。

动力工具10的控制器70(参见图5)可操作以确定动力工具10正在操作的紧固操作的阶段，由图6中的参考编号92指示。通常，冲击工具的紧固操作可被分解成两个相异阶段：(1)持续运行阶段94及(2)冲击阶段96。当紧固件正减速运行时，发生持续运行阶段94。在持续运行阶段94期间，输出主轴50直接耦合到马达38的转子(未展示)。此阶段的特征在于高速度、持续旋转及低输出转矩。当输出主轴经受来自正由冲击工具旋转的紧固件的更多旋转阻力时，冲击阶段开始。在冲击阶段96期间，输出主轴50经受与冲击机构的操作相关的间歇性旋转、较低旋转速度及较高输出转矩。

可使用若干种不同方法来执行确定使用无刷DC马达的冲击工具的操作阶段90。在冲击工具10的操作期间，无刷DC马达需要控制器70(例如，微处理器)以精确的时序来接通及关断通过马达的各个绕组的电力。如此，动力工具10的控制器70监测马达70的旋转位置及/或速度。另外，动力工具10可包含用以测量通过马达绕组的电流量的一个或多个传感器。所感测到的电流可用于确定动力工具10的操作阶段或其可用于在电流高得危险之前关掉马达。

在说明性实施例中，通过分析电动马达的电流来确定动力工具10的操作阶段。举例来说，如图7及8中的图表100及120所分别图解说明，在冲击阶段期间，马达比在持续运行阶段期间汲取更多电流。在紧固操作的开始处，当马达开始旋转时，供应到马达的电流分别存在初始尖峰106及126。在马达全速旋转之后，维持马达的旋转速度所需的电流是相对低的。动力工具10一旦开始冲击，电流便急剧上升，这是因为施加到马达的负荷因冲击机构的操作而变得更大。通过监测由马达在冲击阶段期间汲取的电流的上升来确定动力工具10的各个操作阶段。

动力工具10包含可由用户通过户界面选择的数种操作模式。这些操作模式基于动力工具10的操作阶段而控制马达的动力输出。举例来说，如果动力工具10处于经减小动力模式中，那么在持续运行阶段期间将递送全电力到马达且在冲击阶段期间将递送经减小动力量到马达。

在说明性实施例中，可操作以选择各种操作模式的用户界面是定位于动力工具10的后部分18上的旋钮42。旋钮42的每一位置对应于特定用户可选择操作模式。动力工具10可包含任何数目个及任何类型的传感器(例如，霍尔效应(Hall-effect)传感器、电位计等)以将旋钮42的位置传达给控制器70。在说明性实施例中，动力工具10包含四种操作模式：标准模式、经减小动力模式、转矩杆稳定模式及配接模式。应了解，在其它实施例中，动力工具10可设置有多于或少于四种操作模式。

标准模式允许用户在持续运行阶段及冲击阶段两者期间在全速及全转矩输出下操作动力工具10。标准模式使用户通过触发器完全控制动力工具10，但不提供任何特定保护来免于对由冲击工具驱动的紧固件施加过多转矩。

经减小动力模式允许动力工具10在紧固件正减速运行时(举例来说，在持续运行阶段中)全速操作。在动力工具10进入冲击阶段之后，控制器减小由马达供应的动力，借此减小输出主轴的旋转速度及输出转矩。如由图7中的标绘随时间104变化的马达电流102的图表100所展示，当处于经减小动力模式中时，当通过马达的电流相对低时(如在108处所指示紧固件正减速运行时通常将出现的情况)，控制器允许马达全速操作。当动力工具10开始冲击紧固件时，通过马达的电流急剧上升，如110处所指示，这向控制器70指示冲击阶段已经开始且应减小马达动力。经减小动力模式允许用户在紧固件已减速运行且开始收紧之后限制由动力工具10施加到紧固件的转矩而不必手动地减小由动力工具10递送的动力(例如，通过松动触发器36)。

转矩杆稳定模式可类似于上文所描述的经减小动力模式而操作。转矩杆稳定模式经设计以在转矩杆或其它延伸设备附接到输出主轴50时减小冲击机构的振动或限制游移振荡。举例来说，当用户将转矩杆或其它延伸部与冲击工具结合使用时，转矩杆或延伸部的弹簧作用可致使冲击机构以游移方式及不可预期的方式振荡。此可致使工具过度地振动，其可导致用户不适，其可导致冲击机构的过度磨损，或其可对动力工具10的转矩输出产生负面影响。为了消除此效应，控制器可经配置以避免往往会激发振荡的特定操作速度或速度带。可以分析方式或实验方式识别这些速度。

配接模式允许动力工具10在持续运行阶段期间以预定速度减速运行紧固件。在一些实施例中，配接模式期间的减速运行速度小于马达的全速。在动力工具10进入冲击阶段且开始冲击输出主轴之后，动力工具10将在预定冲击时间量之后停止马达。如图8的图表120中所展示，当处于配接模式中时，当通过马达的电流相对低时(如在128处紧固件正减速运行时通常将出现的情况)，控制器70允许马达38以预定速度操作。当动力工具10开始冲击紧固件时，通过马达的电流将在130处急剧上升，这向控制器70指示冲击阶段已经开始且马达应在预定时间量之后被关断。通常，预定时间量是由动力工具10的控制器70的内部时钟确定。配接模式允许用户对紧固件施加相对小的转矩量而不会对紧固操作的总速度产生负面影响。在一些情况中，配接模式可允许用户在转矩量临界的情况下利用用于紧固件的手动操作扳手来对紧固件施加最后转矩。上述用户所选操作模式的一个优势是在减速运行期间维持动力工具10的紧固速度，同时限制由动力工具10施加到紧固件的最后转矩。

除了上文所描述的确定操作阶段之间的转变的方法之外，也可使用其它方法来检测动力工具10的操作阶段之间的转变。举例来说，可通过检测马达的旋转速度确定紧固操作的操作阶段。监测马达速度可通过以下操作来实现：监测来自马达的反电磁场(“反EMF”)的频率、监测定位成接近马达转子的编码器的输出、监测定位于马达转子上的旋转变压器的输出或监测定位成紧密接近于无刷DC马达的转子磁体的霍尔效应传感器的输出。控制器70可确定何时马达由于马达负荷增加(例如，由于动力工具10现在正在冲击)而已经减速。在另一实例中，马达驱动器可通过监测控制回路误差值来确定马达转矩的突然改变。由于马达负荷突然改变，因此控制回路误差将显著地增大，这指示机构已经开始冲击。在另一实例中，控制器可监测电池电压。由于马达负荷及马达的电流汲取增加，因此电池的内部电阻将致使其电压下降，这指示机构正在冲击。在又一实例中，控制器可监测定位于动力工具10中的麦克风的输出信号。当机构开始冲击时，冲击机构所产生的噪声将由麦克风接收，麦克风将产生发送到控制器70的输出信号。在又一实例中，可将传感器安装于冲击机构中或安装成接近冲击机构以确定锤体是否已轴向地向后移动。此传感器可体现为霍尔效应传感器、线性可变差分变压器(LVDT)或微型开关。在另一实例中，转矩传感器可安装于马达与冲击机构之间。当所测量转矩显著地增大时，这向控制器指示机构正在冲击。安装于动力工具10上的其它类型的传感器可包含：铁砧角度编码器；锤体角度传感器；锤体轴向行进传感器；加速度计，其位于锤体上；马达电刷反弹传感器，其经配置以检测在电刷离开马达的换向器时所导致的短暂中断；圆锥离合器，其被集成到动力工具10的前部中、经配置以开始在预设转矩下滑移；或用以检测小扭矩振动以确定套接角度的传感器。预期，这些反馈机构(包含上述反馈机构的任何组合)中的任一者可用于监测各种实施例中的动力工具10的操作阶段。

除了上文所描述的用户可选择操作模式之外，动力工具10还可包含其它用户可选择操作模式。举例来说，动力工具10可包含配接软模式，所述模式包含在持续运行阶段期间全速旋转输出主轴50，接着在冲击阶段期间以经减小动力冲击输出主轴达固定时间量。在另一实例中，动力工具10可包含如上文所描述但以若干次沿反向方向的冲击结束的模式中的任一者。在又一实例中，动力工具10可包含其中动力工具10保持在紧固操作的持续运行阶段中且绝不会进入冲击阶段的低转矩或持续模式。在又一实例中，动力工具10可包含螺纹错扣模式，在此模式中在持续运行阶段的开始处，输出主轴50低速旋转达一段时间(或达若干次旋转)以确保正被紧固的紧固件在输出主轴开始全速旋转之前不会发生螺纹错扣。在另一实例中，控制器可在紧固件正减速运行时以经减小速度运行马达，且在马达上的负荷增加时立即关掉马达以防止来自机构的任何冲击，从而允许动力工具10被用作直接驱动工具。在又一实例中，动力工具10可包含为特定工业应用定制的用户所选操作模式，例如轮胎更换、铺设甲板、钢铁架设、线性操作或其它工业应用。

预期，动力工具10的各种实施例可包含本发明所描述的操作模式的任何组合。动力工具10的这些各种实施例可机械地相同但包含不同软件(实施操作模式的不同组合)，从而允许以经减小的产品设计及制造成本用于各类产品线。

虽然在各图及前述描述中已详细描述某些说明性实施例，但此图解说明及描述应视为本质上是示范性而非限制性的，应理解，已仅展示且描述说明性实施例且期望保护在本发明的精神内的所有改变及修改形式。本发明具有从本文中所描述的设备、系统及方法的各种特征得出的多个优点。应注意，本发明的设备、系统及方法的替代实施例可不包含所描述的所有特征，但仍受益于此类特征的优点中的至少一些优点。所属领域的技术人员可易于设想出其自己的并入有本发明的特征中的一或多者的设备、系统及方法的实施方案。

Claims (20)

1.一种手持式动力工具，其包括：

外壳组合件，其支撑具有转子的电动马达，所述转子经配置以在所述电动马达被供以电力时旋转；

输出主轴，其从所述外壳组合件的输出端突出；

其中所述输出主轴功能性地耦合到所述转子，使得所述输出主轴响应于所述转子的旋转而旋转；

马达端盖，其位于所述外壳组合件上、邻近所述电动马达且与所述输出主轴相对；

控制器，其可操作以确定其中所述手持式动力工具正在操作的紧固操作的阶段；

其中所述手持式动力工具的所述紧固操作的所述阶段包括两个阶段：(1)持续运行阶段及(2)冲击阶段；

其中所述持续运行阶段的特征在于：所述输出主轴具有第一旋转速度、持续旋转及低输出转矩，直到所述输出主轴经受来自正由所述手持式动力工具旋转的紧固件的阈值旋转阻力为止；

其中一旦出现来自正由所述手持式动力工具旋转的紧固件的所述阈值旋转阻力，所述冲击阶段便开始；且

其中所述冲击阶段的特征在于：所述输出主轴经受在第二旋转速度下的间歇性旋转且处于较高输出转矩下，所述第二旋转速度是比所述第一旋转速度低的速度。

2.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其中所述紧固操作的所述阶段是由所述电动马达所汲取的电流确定，且其中在所述冲击阶段期间，所述马达比在所述持续运行阶段期间汲取更多电流。

3.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其中所述紧固操作的所述阶段是由所述控制器依据由以下操作中的至少一者组成的群组来确定：使用来自所述电动马达的电磁场来检测所述电动马达的旋转速度、监测定位成邻近所述电动马达的所述转子的编码器的输出、监测定位于所述转子上的旋转变压器的输出及监测定位成接近于所述电动马达上的转子磁体的至少一个霍尔效应传感器的输出。

4.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其中所述紧固操作的所述阶段是依据由以下操作中的至少一个者组成的群组来确定：所述控制器识别所述电动马达的所述转子因马达负荷增加而出现的减速；电动马达驱动器通过监测控制回路误差值来识别马达转矩的突然改变；所述控制器监测电池电压；所述控制器监测定位于所述手持式动力工具中的麦克风的输出信号，使得当所述手持式动力工具中的冲击机构产生预定噪声且由所述麦克风检测到时，将所述输出信号发送到所述制器；定位成邻近所述冲击机构的传感器确定锤体是否已移动，其中所述传感器选自由以下各项组成的群组：霍尔效应传感器、线性可变差分变压器LVDT及微型开关，以及安装于所述电动马达与所述冲击机构之间以测量指示冲击的转矩增大的转矩传感器。

5.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其进一步包括用以监测所述紧固操作的所述阶段的至少一个传感器，所述至少一个传感器选自由以下各项组成的群组：铁砧角度编码器；锤体角度传感器；锤体轴向行进传感器；加速度计，其位于锤体上；马达电刷反弹传感器，其经配置以检测在电刷离开所述电动马达的换向器时所导致的中断；圆锥离合器，其被集成到所述手持式动力工具上的前部位置中、经配置以开始在预设转矩下滑移；及用以检测扭矩振动以确定套接角度的传感器。

6.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其中去往所述电动马达的所述电力是基于所述紧固操作的所述阶段及多种操作模式。

7.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其中在所述冲击阶段期间，所述马达比在所述持续运行阶段期间汲取更多电流，使得当所述电动马达开始旋转时在供应到所述电动马达的所述电流出现初始尖峰之后，比所述初始尖峰少的电流被施加到所述电动马达以维持恒定速度，其中冲击一旦开始，施加到所述电动马达的所述电流便增加，同时施加到所述电动马达的负荷也增加。

8.根据权利要求1所述的手持式动力工具，其中所述电动马达是无刷DC马达，其中所述控制器接通及关断通过所述无刷DC马达的绕组的电力以监测所述无刷DC马达的旋转位置或速度。

9.一种手持式动力工具，其包括：

外壳组合件，其支撑具有转子的电动马达，所述转子经配置以在所述电动马达被供以电力时旋转；

输出主轴，其从所述外壳组合件的输出端突出；

其中所述输出主轴功能性地耦合到所述转子，使得所述输出主轴响应于所述转子的旋转而旋转；

马达端盖，其位于所述外壳组合件上、邻近所述电动马达且与所述输出主轴相对；及

用户界面，其经配置以选择所述手持式动力工具的多种操作模式中的一者；

其中所述多种操作模式基于所述手持式动力工具的紧固操作的阶段而控制供应到所述电动马达的所述电力；且

其中所述手持式动力工具的所述紧固操作的所述阶段选自由持续运行阶段及冲击阶段组成的群组。

10.根据权利要求9所述的手持式动力工具，其中所述持续运行阶段的特征在于：具有第一旋转速度、持续旋转及低输出转矩，直到所述输出主轴经受来自正由所述手持式动力工具旋转的紧固件的阈值旋转阻力为止，其中一旦出现来自由所述手持式动力工具旋转的所述紧固件的所述阈值旋转阻力之后，所述冲击阶段便开始，且其中所述冲击阶段的特征在于：所述输出主轴经受在第二旋转速度下的间歇性旋转且处于较高输出转矩下，所述第二旋转速度是比所述第一旋转速度低的速度。

11.根据权利要求9所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式中的第一操作模式是标准模式，使得在所述持续运行阶段及所述冲击阶段期间向所述电动马达递送全电力。

12.根据权利要求11所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式中的第二操作模式是经减小动力模式，使得在所述持续运行阶段期间向所述电动马达递送全电力且在所述冲击阶段期间向所述电动马达递送不足所述全电力。

13.根据权利要求12所述的手持式动力工具，其中当处于所述经减小动力模式中时且当所述手持式动力工具冲击时，通过所述电动马达的所述电流上升，这向所述控制器指示所述冲击阶段已经开始且减小递送到所述电动马达的所述电力。

14.根据权利要求13所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式中的第三操作模式是转矩杆稳定模式，使得所述控制器经配置以避免会在所述手持式动力工具中产生振荡的操作速度，所述振荡致使所述手持式动力工具振动。

15.根据权利要求14所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式中的第四操作模式是配接模式，使得在由所述控制器检测到指示所述手持式动力工具已进入所述冲击阶段的电流上升之后，所述控制器使所述电动马达维持操作达预定时间量，且其中所述预定时间量是由所述控制器的内部时钟确定。

16.根据权利要求15所述的手持式动力工具，其中在所述配接模式期间，所述控制器使所述电动马达保持在所述持续运行阶段期间在预定速度下操作达预定时间量，且其中所述预定速度小于所述电动马达的全速。

17.根据权利要求9所述的手持式动力工具，其中在减速运行期间维持所述手持式动力工具的紧固速度，同时限制由所述手持式动力工具施加到紧固件的最后转矩。

18.根据权利要求9所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式是用户可选择操作模式。

19.根据权利要求17所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式中的第五操作模式是配接软模式，使得在所述持续运行阶段期间以全速旋转所述输出主轴之后，在所述冲击阶段期间以经减小动力冲击所述输出主轴达固定时间量。

20.根据权利要求19所述的手持式动力工具，其中所述多种操作模式经配置以在所述多种操作模式中的任一者已结束操作之后包含沿反向方向进行若干次冲击。