CN107921613A - 具有电子离合器的多速电动工具 - Google Patents

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Abstract

电动工具和操作电动工具的方法，所述电动工具包括马达，包括多个设置的离合器套环，可操作以与远程设备形成无线连接的无线收发器，以及耦联到所述离合器套环和所述无线收发器的处理器。处理器经由无线收发器接收包括对应于多个设置的多个转矩水平的映射。处理器检测离合器套环被设置到多个设置的设置。处理器还下哦能够映射来确定适于设置的转矩水平，并在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过转矩水平。处理器还配置为生成转矩超过转矩水平的指示。该指示可以包括使灯闪烁，棘轮接合马达和停止马达。

Description

具有电子离合器的多速电动工具
相关申请
本申请要求于2015年6月2日提交的美国临时专利申请号62/169,671和于2015年6月16日提交的美国临时专利申请号62/180,586的优先权，由此两篇美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于电动工具的电子离合器。
发明内容
一个实施例提供一种电动工具，该电动工具包括：壳体；在壳体内的马达；壳体上的包括多个设置的离合器套环；可操作以与远程设备形成无线连接的无线收发器；以及联接到离合器套环和无线收发器的处理器。处理器配置成经由无线收发器接收包括与多个设置对应的多个转矩水平的映射，以及检测离合器套环被设置为多个设置中的其中一个设置。处理器进一步配置成从映射来确定适于设置的转矩水平，并且在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过转矩水平。处理器还配置成生成当转矩超过转矩水平时的指示。
另一实施例提供一种操作电动工具的方法，该电动工具包括：壳体；在壳体内的马达；壳体上的包括多个设置的离合器套环；和电子离合器。该方法包括利用处理器经由无线收发器接收包括与多个设置对应的多个转矩水平的映射，并且利用处理器检测离合器套环被设置为来自多个设置的其中一个设置。该方法还包括利用处理器从映射确定适于设置的转矩水平，并且利用处理器在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过转矩水平。该方法进一步包括利用处理器生成转矩超过转矩水平的指示。
另一实施例提供一种操作包括壳体、在壳体内的马达、壳体上的包括多个设置的离合器套环、以及电子离合器的电动工具的方法。该方法包括利用处理器经由无线收发器接收由远程设备基于用户输入生成的并且由远程设备无线发送到无线收发器的第一转矩值。该方法还包括利用处理器检测离合器套环被设置为多个设置中的设置。处理器基于多个设置中的设置位置和第一转矩值来计算适于设置的转矩水平。该方法还包括基于转矩水平来控制马达。
附图说明
图1A和图1B示出根据一些实施例的电动工具。
图2示出根据一些实施例的电动工具的框图。
图3A和图3B示出根据一些实施例的与图1和图2所示的电动工具相关联的印刷电路板组件。
图4示出根据一些实施例的图3A和3B所示的印刷电路板组件的电路图。
图5示出根据一些实施例的远程设备的框图。
图6A和图6B示出根据一些实施例的与图1A和图1B所示的电动工具相关联的远程设备的图形用户界面。
图7示出根据一些实施例的与图1A和图1B所示的电动工具相关联的远程设备的图形用户界面。
图8示出根据一些实施例的具有电子离合器的电动工具的操作方法的流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解的是，本发明在其应用上不限于以下描述中阐述的或在以下附图中所示的结构细节和部件布置。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或执行。
图1A-图1B示出包含无刷直流(DC)马达的电动工具100。在诸如电动工具100的无刷马达电动工具中，通过来自控制器的控制信号选择性地启用和禁用开关元件以选择性地施加来自电源(例如电池组)的功率(或电力)以驱动无刷马达。电动工具100是具有壳体102的无刷式锤击式钻机，该壳体102具有手柄部分104和马达壳体部分106。电动工具100还包括输出单元107，离合器选择器环(或离合器套环)108，模式选择器环109，前进/后退选择器110，速度选择开关111，触发器112，模式选择器按钮113，电池接口114和灯116。模式选择器环109允许用户在钻孔模式、驱动模式、锤击模式和自适应模式之间进行选择。当处于自适应模式下时，模式选择器按钮113可以被激活(例如，推动)以在由工具100的控制配置所限定的自适应模式中循环。离合器套环108允许用户在各种离合器设置之间进行选择，诸如设置1-13、或者2-26之间的偶数值(即设置2,4,6,8，...24,26)。其它实施例包括具有更少或更多设置选项的离合器套环108。速度选择开关111是在高速和低速之间滑动的双位开关。在一些实施例中，速度选择开关111包括额外的速度设置(例如，高、中和低)。
图2示出电动工具100的简化框图120，其包括电源122，场效应晶体管(FET)124，马达126，霍尔传感器128，马达控制单元130，用户输入132和其它部件133(电池组电量计，工作灯(例如，诸如灯116的发光二极管(LED))，电流传感器135，电压传感器136和无线收发器137)。电源122向电动工具100的各种部件提供DC功率，并且可以是可再充电的并且使用例如锂离子电池技术的电动工具电池组。在一些情况下，电源122可以从与标准壁装电源插座相联的工具插头接收交流(AC)功率(例如，120V/60Hz)，然后对接收到的功率进行过滤、调节和整流以输出直流功率。
每个霍尔传感器128输出马达反馈信息，例如当马达转子的磁体选转跨过该霍尔传感器的面时的指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔传感器128的马达反馈信息，马达控制单元130可以确定转子的位置、速度和加速度。马达控制单元130还接收来自用户输入132的用户控制，诸如通过按压触发器112或移动前进/后退选择器110。响应于马达反馈信息和用户控制，马达控制单元130传送控制信号以便控制FET 124以驱动马达126。通过选择性地启用和禁用FET 124，来自电源122的电能量被选择性地施加到马达126的定子线圈以导致转子旋转。尽管未示出，但是马达控制单元130和电动工具100的其它部件电联接到电源122，使得电源122将电能量提供给它们。
电流传感器135通过例如检测在电源122与FET 124之间或在FET 124与马达126之间流动的电流来检测通到马达的电流，并且提供对马达控制单元130感测到的电流的指示。电压传感器136检测电动工具100的电压，诸如电源122的电压水平和马达126两端之间的电压。无线收发器137提供马达控制单元130与外部设备之间的无线连接以实现与外部设备(诸如远程设备140)的无线通信。
在一些实施例中，马达控制单元130包括存储器和配置成执行存储于存储器上的指令以实现本文所述的马达控制单元130的功能的电子处理器。
工具100包括也被称为电子离合器(e-clutch)的电子离合器。更具体地，工具100包括电子离合器控制模块134。电子离合器控制模块134可以以硬件、软件或其组合来实现。在所示的实施例中，电子离合器控制模块134包括存储于马达控制单元130上并由马达控制单元130执行的指令，以实现本文所述的电子离合器功能。电子离合器控制模块134从用户接收来自离合器套环108的输入。如将在下文更详细地论述的那样，离合器套环108向用户提供可旋转的选择器，该可旋转的选择器将指示用户选择的电信号提供给电子离合器控制模块134。用户可在两个设置(例如，高速设置(“1”)和低速设置(“2”))之间切触发换的速度选择开关111的位置也由电子离合器控制模块134来监测。
离合器套环108上的用户选择转换成适于工具100的期望/目标转矩输出水平。然后，当工具100处于操作中时，电子离合器控制模块134通过考虑传动比、电池电流、速度控制或脉宽调制(PWM)对均方根(RMS)电流的影响、以及马达速度和加速度的变化中的一个或多个来计算电动工具的输出转矩。例如，电子离合器控制模块134基于如由电流传感器135感测到的流向马达126的电流来计算输出转矩。当达到目标转矩时，马达控制单元130通过停止工具100进一步驱动、使得马达126摇动(即，棘轮接合马达126)中的一个或多个来生成到达目标转矩的指示以便指示已经达到目标转矩，并且使灯116闪烁以指示已经达到目标转矩。
离合器套环108允许用户选择工具100在其进行离合时的期望转矩水平。离合器套环108能够连续旋转，并且例如不限于旋转一圈或360度。换言之，离合器套环108能够旋转多圈(即，超过360度的旋转)。连续旋转特征允许离合器套环108以比离合器套环108必须通过最大和最小设置之间的各种介入设置而向回旋转的更快方式从最大转矩设置(例如，在0度的旋转位置)变为邻近的最小转矩设置(例如，在359度的旋转位置)。
在其它实施例中，离合器套环108例如通过旋转止动件而被限制旋转，所述旋转止动件在物理上阻止超过特定点(例如，180度，270度，300度，360度，540度，720度，在300和360度之间的量，或另外的度数)的旋转。作为实例，离合器套环108可以包括与套环一起旋转的突起，并且马达壳体106可具有固定突片(即，旋转止动件)。离合器套环108自由旋转，直到突起抵接固定突片。突起和突片可以在内部(即，分别位于离合器套环108和马达壳体106内部)或外部(即，分别位于离合器套环108和马达壳体106的外表面上)。
离合器套环108包括与几个电阻元件中的一个接触的弧刷(未示出)，每个电阻元件与特定的离合器设置相关联。由弧刷接触的特定电阻元件取决于离合器套环108的旋转位置。
例如，图3A-图3B分别示出与离合器套环108相关联的印刷电路板组件(PCBA)200的前侧和后侧，以及图4示出耦联到马达控制单元130的PCBA 200的电路图201。PCBA 200包括模式引脚202，电子离合器(EC)引脚204，电源引脚(Vcc)206和接地引脚(GND)208。在图5中，模式引脚202和电子离合器引脚204耦联到马达控制单元130的输入引脚。PCBA 200还包括十三个表面安装的电阻器R1-R13，每个电阻器具有不同的电阻值并且导电地耦联到十三个弧刷连接点(S1-S13)中不同的一个并与十三个离合器设置(1-13)中的不同的一个相关联。当用户旋转离合器套环108并在特定的离合器设置(例如2)处停止时，弧刷接触相关联电阻器(例如R2)的导电PCBA迹线(例如，弧刷连接点S2)以完成包括电子离合器引脚204的电路。用于十三个电阻器的导电轨迹在图3A中的PCBA 200的正面侧上可见。马达控制单元130并且具体是电子离合器控制模块134接收指示弧刷已经接触特定电阻器(例如，R2)的电子信号。电子离合器控制模块134编译信号并确定用户已经选择了特定设置(例如2)。从用户的角度出发，离合器套环具有类似于机械离合器的介面，确保用户能够理解如何使用离合器。
在一些实施例中，连续旋转离合器套环108(例如顺时针方向和逆时针方向的多次旋转)的能力允许离合器套环108指定比在PCBA200上的弧刷-电阻器位置更多的设置。例如，当旋转离合器套环108使得弧刷在图3A中所示的PCBA 200上顺时针移动(从S1到S2到S13)时，如果用户继续旋转离合器套环108经过位置S13，则弧刷最终将再次接触位置S1。电子离合器控制模块134基于来自电子离合器引脚204的输出来确定离合器套环108从位置S13到达S1而不经过位置S12-S2。因此，该位置S1可被视为第十四位置(S14)。如果离合器套环108继续沿顺时针方向旋转，则每个后续位置同样被视为新的位置。例如，S2将是第十五个位置(S15)，S3将是第十六个位置(S16)，依此类推。通过使离合器套环108逆时针旋转直接从位置S1到达S13而不经过中间位置S2-S12来提供类似的位置扩展。
因此，连续旋转的离合器套环108基本上允许指示无限数量的设置，因为用户可以在第一方向上连续地旋转以连续递增转矩设置，并且沿着相反的方向连续旋转以减小转矩设置。进而，电子离合器控制模块134可以提供最大和最小转矩设置(例如以软件方式)，其中例如由于达到最大设置而忽略从离合器套环108的进一步增量。此外，增加设置位置数目允许以更细的间隔尺寸调节转矩设置。例如，电子离合器控制模块134不是将十三个位置中的潜在转矩设置分割，而是将相同范围的潜在转矩设置分配在26,39,50,100中或者其它数目的位置中。
PCBA200还与模式选择器环109相关联以允许用户在钻孔模式、驱动模式、锤击模式和自适应模式之间进行选择。PCBA 200在PCBA 200的底部部分上包括另外的表面安装的电阻器R31，R32，R33和R34，每个电阻器导电地耦联到弧刷连接点(M1-M4)并且与四种模式中的一种相关联以便进行选择。类似于离合器套环108，模式选择器环109包括与电阻元件(R31-R34)接触以完成电路并向马达控制单元130指示模式选择的弧刷，尽管信号经由模式引脚而不是电子离合器引脚204输出。
用户可在两个设置(例如，“1”和“2”)之间切换的速度选择开关111的位置也由电子离合器控制模块134监测。如关于图3A、图3B和图4所述的类似的电阻器弧刷和PCBA迹线设置用于跟踪速度选择开关111的位置，并因此用于跟踪工具100的速度设置(传动比)的用户选择。在一些实施例中，电子离合器控制模块134接收速度设置并且考虑速度设置的传动比，使得获得适于给定离合器设置的一致的输出转矩而不管所选择的速度设置如何。在其它实施例中，电子离合器控制模块134取决于速度设置而施加不同的目标转矩，使得针对在不同的速度设置下的给定的离合器设置获得不同的输出转矩。
在其它实施例中，不是使用弧刷-电阻器环技术，而是使用不同的离合器套环选择和模式选择用户接口技术，诸如使用互感感测和电容感测的输入。
电子离合器控制模块134使用电池电流的测量来估算工具100的输出转矩(在轴处的转矩)。电流传感器135或用于推断电池电流的另一传感器向电子离合器控制模块134提供测量值。例如，为了确定电池电流，电流传感器135可被定位成测量沿着电源122和图1中标记为“功率”的FET 124之间的连接的电流。
电流-转矩关系是相当线性的，并且该关系取决于马达常数(例如，每单位电流的转矩(k_t))，传动比，齿轮摩擦，马达速度和其它因素。基于电流确定工具100的输出转矩可以通过从测得的电池电流中减去由于马达惯性引起的电流来改善。惯性是特定于所使用的马达的，并考虑到速度和加速度的影响。在估算转矩时考虑马达惯性有助于防止启动或由于触发位置变化时的意外停机，在意外停机的情况下电流-转矩关系有时可能是非线性的、不可靠的，或两者兼而有之。电流-转矩计算还可通过基于测得的电池电流、PWM占空比和马达设计特性来计算RMS电流来改进。该计算有助于跨不同的PWM占空比来保持类似的转矩输出。输出转矩计算还可以考虑由用户经由速度选择开关111选择的电动工具100的传动比。例如，输出转矩计算包括一个或多个不同的偏移量和常量，这些偏移量和常量可以凭经验确定，以补偿由速度选择开关111可选择的不同速度设置(即，传动比)。
将所计算的输出转矩与由用户设置的阈值转矩水平(例如，经由离合器套环108)进行比较，并且当满足或超过阈值转矩水平时，工具100提供反馈。在一些实施例中，因为输出转矩计算考虑并估计由速度选择开关111指示的传动比，所以不管所选择的特定速度设置如何，工具100对于由用户经由离合器套环108所选择的特定的转矩设设置(例如“2”)实现大致相同的转矩输出。被认为与另一个转矩水平大致相同的转矩水平(或转矩值)可以根据实施例而变化，并且例如可以在另一个转矩水平的2％内，在另一个转矩水平的5％内，或在另一个转矩水平的10％内。
工具100通过棘轮接合马达和使得灯116闪烁向用户指示已达到期望的转矩。通过棘轮接合马达126，电子离合器控制模块134给用户模拟棘轮接合感觉和机械离合器的声音。这种技术使用户的体验与机械离合器类似，并且由于不需要额外的硬件，因此也具有成本效益。当工具100已经达到所选择的目标转矩时，电子离合器控制模块134还将控制灯116闪烁。
反馈(例如棘轮接合)强度随着期望的输出转矩而上下缩放调节，以防止棘轮接合比目标转矩更强，同时最大化或确保反馈对用户的有效性。通过控制由马达控制单元130产生的脉宽调制(PWM)信号来驱动马达126(经由FET 124)以短脉冲串输出来实现马达126的棘轮接合。例如，由马达控制单元130产生的PWM信号在第一时间段具有非零百分比占空比的有效状态和第二时间段具有零或接近零百分比占空比的无效(关闭)状态之间循环。在一些情况下，适于PWM信号的有效和无效阶段的频率和占空比在棘轮接合过程中可能变化。所产生的马达棘轮接合量基于由用户选择的目标转矩。更具体地，所选择的目标转矩(例如，如由离合器套环108所指示的并且由马达控制单元130所确定的)越高，则为了指示何时达到目标转矩由工具100产生的马达棘轮接合越多以。类似地，所选择的目标转矩越低，则为了指示何时达到目标转矩由工具100产生的马达棘轮接合越少。根据所选择的目标转矩水平1来缩放调节马达棘轮接合防止紧固件从棘轮接合运动本身过度扭转，如果马达棘轮接合的量太高，则可能发生棘轮接合运动本身过度扭转；和2)允许与驱动动作相称的马达棘轮接合水平，以使得在低转矩下马达棘轮接合水平足够低以便不会惊吓到用户，而在高转矩下马达棘轮接合水平足够高以由用户感觉和识别。
为了缩放调节马达棘轮接合的强度，可以调节PWM信号有效和无效的时间长度。通常情况下，有效时间越长，棘轮接合效应越强烈。类似地，可以调节PWM信号的无效时间段的持续时间以增加和减小棘轮接合反馈的强度。通常而言，PWM信号无效的时间越长，棘轮接合反馈越不强烈。例如，为了增加棘轮接合强度，PWM信号有效的时间段增加，PWM信号无效的时间段减少，或两者即PWM信号有效的时间段增加和PWM信号无效的时间段减少。
由工具100所使用的特定阈值转矩水平取决于工具100的所选模式而变化。当处于钻孔模式和锤击模式下时，如经由模式选择器环109所选择，工具100通常不执行如上所述的阈值转矩水平。当处于驱动模式下时，电子离合器控制模块134使用分配给由离合器套环108的旋转位置指示的当前选择的转矩设置的默认阈值转矩水平设置。电子离合器控制模块134可以包括与离合器套环108的设置对应的默认阈值转矩水平的映射。当处于自适应模式下时，如基于用户选择由模式选择器环109所指示的那样，工具100可以如上所述地操作工具阈值转矩水平。阈值转矩水平可以通过电动工具100和远程设备140之间的无线通信来设置，如下面进一步详细描述的那样。
图5示出远程设备140的框图。远程设备140例如可以是智能电话，膝上型计算机，平板电脑，桌上型电脑或其它计算设备。远程设备140包括由总线165耦联的存储器145、电子处理器150、触摸屏显示器155和无线收发器160。存储器145存储由电子处理器150执行的指令，包括用于图形用户界面的那些指令，以便执行本文所述的远程设备140的处理功能。触摸屏显示器155显示适于用户的信息并接收来自用户的输入。触摸屏显示器155是用户界面的一个实例，并且在一些实施例中，远程设备140中包括另外的或替代的用户界面要素，诸如按钮，扬声器，键盘等。电子处理器150可操作来执行存储器145的指令以在触摸屏显示器155上生成图形用户界面(GUI)，诸如下文进一步详细描述的GUI 250和300。无线收发器160配置成与电动工具100的无线收发器137形成无线通信链路(图2)，以使电子处理器150能够与电动工具100的马达控制单元130(以及电子离合器控制模块134)通信。无线收发器137,160可以使用通信协议，通信协议或其它无线协议。
图6A和图6B示出GUI 250，其由远程设备140生成并配置成接收指定控制提供(例如，定制的驱动控制配置)的用户输入并且生成定制驱动控制配置并将其发送到马达控制单元130以便配置电动工具100的操作。电动工具100(特别是马达控制单元130)可以存储可由远程设备140提供和更新的多个控制配置。控制配置包括由马达控制单元130使用以便控制电动工具100的各种工具操作参数。当处于自适应模式下时，如由模式选择器环109所示，马达控制单元130可在不同的控制配置间循环，并选择特定控制配置，以用于响应于由用户对模式选择器按钮113的按下来进行电动工具的操作100。例如，电动工具100可以在给定时刻包括四个控制配置，并且每次模式选择器按钮113被按下时，由马达控制单元130使用的所选择的控制配置用于控制电动工具变化(例如，从配置一，到配置二，以便控制配置三，到配置四，回到配置一，等等)。在其它实施例中，更多或更少的控制配置存储于电动工具100上，或者只有单个控制配置被存储于电动工具100上。
GUI 250可操作以经由离合器环设置选择器255接收用户对可调节模式或固定模式的选择(例如参见图6A和图6B)。对于固定模式，其设置屏幕在图6B中示出，远程设备140经由游标260或文本框265接收用户对特定的固定转矩水平(例如75英寸-磅)或特定百分比的可用转矩(例如，(最大可用转矩值)的75％)的选择。所选择的固定转矩水平连同固定转矩模式的指示是定制驱动控制配置的一部分，其然后无线地将所述定制驱动控制配置通信给工具100，并且更具体地通信给电子离合器控制模块134。该所选择的转矩水平然后由电子离合器控制模块134用作适于工具100的转矩阈值，而与离合器套环108的位置无关。
备选地，电动工具100可从远程设备140接收指示工具100将以可调节模式操作的定制驱动控制配置。在可调节模式下，其设置屏幕在图6A中示出，由电子离合器控制模块134使用的转矩阈值是分配给由离合器套环108的旋转位置指示的当前所选择的转矩设置的转矩水平。最初，分配给离合器套环108的各种转矩设置的转矩水平是也在驱动模式下使用的默认转矩水平。然而，经由远程设备140，用户可以将新的转矩水平分配给可用于由离合器套环108选择的各种设置，覆盖或用于代替默认转矩水平。GUI 250接收用户分配给离合器套环108设置的转矩水平(映射)，并且经由无线收发器160将映射提供给电子离合器控制模块134作为控制配置的一部分。电子离合器控制模块134可将映射存储到马达控制单元130的存储器。
在由GUI 250进行的示例性映射生成中，用户能够(经由游标260或文本框265)分配可经由离合器套环108选择的最大和最小转矩水平，使得离合器套环108的最低转矩设置被分配所选择的最小转矩水平，并且离合器套环108的最高转矩设置被分配所选择的最大转矩水平。其余的中间转矩设置然后被分配在最小和最大转矩水平之间的比例转矩水平。例如，在一些实施例中，假定离合器套环108上的十三个转矩设置(1-13)和用户选择50英寸-磅(in.-Ibs)的最小转矩水平和110英寸-磅的最大转矩水平，远程设备140将给工具100分配下列转矩水平：
这些分配的值假定在最小值和最大值之间的线性比例。但是，在一些情况下，使用非线性比例，诸如指数比例。在一些实施例中，GUI 250可以接收经由用户输入应用的比例的选择。最大和最小选择的转矩水平也可以表示为可用最大转矩的百分比。例如，上表的右栏示出以百分比表示的转矩水平。此外，如上文关于离合器套环108的连续旋转特征所指出的那样，在一些实施例中，多于或少于13个转矩设置位置被分配转矩水平。例如，离合器套环108的位置的每个增量或减量可分别使转矩水平增加或减小1英寸-磅(或最大转矩的1％)，直到达到最大或最小转矩水平。
GUI 250还包括用于在高速映射和低速映射之间进行选择的速度设置选择器270。换言之，当经由速度设置选择器270选择高速映射时，GUI250可操作以接收适于第一映射的转矩水平，且当经由速度设置选择器270选择低速映射时，GUI 250可操作以接收适于第二映射的转矩水平。远程设备140还可操作以生成包括可在电动工具处于高速设置时适用的第一映射和当电动工具处于低速设置时适用的第二映射(经由速度选择开关111选择)的配置并将该配置提供给马达控制单元130。
在一些实施例中，基于由GUI 250接收的用户输入提供给电动工具100的配置可以指示：在速度设置中的一个(例如，高速设置)下，电动工具100处于可调节模式下，而在另一个速度设置(例如，低速设置)下，电动工具处于固定模式下。例如，在经由速度设置选择器270在GUI 250上选择低速映射的情况下，GUI 250可以经由离合器环设置选择器255接收对可调节模式的选择。此外，在经由离合器环设置选择器255在GUI 250上选择高速映射的情况下，GUI 250可以接收对固定模式的选择。然后，远程设备140生成包括适于低速设置的第一映射和可调节模式以及适于高速设置的固定转矩水平和固定模式指示的配置。因此，用户可操作成通过使速度选择开关111在可调节模式(其中用户可经由离合器套环108指定转矩水平)和固定模式(其中转矩水平是固定的)之间切换电动工具100(基于经由GUI250的输入)。
由远程设备140生成并基于GUI 250提供给电动工具100的配置还可以包括适于马达126的最大速度(高速和低速设置中的每一个对应一个)，指示马达126在其应当升高到期望速度的速度的触发器升高参数、指示保持灯116启用(例如，在触发器112被按下或释放之后)多久的灯工作持续时间，以及灯工作亮度水平。
使用电子离合器控制模块134、离合器套环108和远程设备140而不是传统的机械离合器允许转矩控制的更复杂的映射。机械输入(离合器套环108)为用户提供工具100上的机械输入机构，该机械输入机构与可编程电子控制装置耦联以提供更大的工具定制、智能和可用性。重新映射可由离合器套环108选择的转矩设置的能力导致工具100具有扩展的用户界面，其中由机械输入提供的指示是可编程的并且不是固定的。例如，转矩设置“2”不是固定地指示55英寸-磅(或另一个值)的转矩。相反，经由远程设备140，来自机械输入的特定输出信号的含义可以由用户重新映射，以指示与马达控制单元130和电子离合器控制模块134不同的内容。来自机械输入通过映射指定的特定指示然后用于以一定的预定方式控制马达。由远程设备140提供的该扩展的用户界面提供工具100的扩展的功能和定制，其对于附加的用户界面组件具有有限的表面占用面积。
在一些实施例中，电子离合器控制模块134将最大允许转矩设置限制为根据适用的法律、规则或法规允许的适于不带侧面把手的驱动工具的最大允许转矩设置。在一些实施例中，电子离合器控制模块134接收关于工具上是否存在侧面把手的输入，并基于该输入来限制最大可允许转矩设定。更具体地，当电子离合器控制模块134确定侧面把手不存在时，最大允许转矩设置限于根据适用的法律规则或规定而允许的最大允许转矩设置。当电子离合器控制模块134确定存在侧面把手时，允许的最大转矩设置允许比不存在侧面把手时更高。较高的最大转矩设置可能同样受到适用的法律、规则或法规对带有侧面把手的驱动工具的限制。
在一些实施例中，工具100上的开关允许用户向电子离合器控制模块134指示是否存在侧面把手。开关可以在功能和结构上与速度选择开关111类似，可以是按钮或者向电子离合器控制模块134提供指示是否存在侧把手的输出的另一机电输入装置。在另一个实施例中，将侧面把手附接到工具的动作本身会致动开关，该开关给电子离合器控制模块134提供侧面把手的存在的指示，并且手柄的移除给电子离合器控制模块134提供侧面把手已被移除的指示。在另一个实施例中，远程设备140的GUI包括使得用户能够在侧面把手存在的指示和侧面把手移除的指示之间选择或切换的输入(例如，单选按钮或双位游标)。然后将该选择通信给电子离合器控制模块134并如上所述使用以设置最大可允许的转矩设置。
如上所述，该工具包括速度选择器开关111，其允许用户在两个传动比之间进行选择，这导致不同的输出速度范围。通常情况下，高传动比允许较高的最大速度但较低的最大转矩，而较低的传动比允许较高的最大转矩但较低的最大速度。在使用传统机械离合器的工具中，允许的最大转矩通常限制在高传动比(高速)模式下提供的最大转矩。结果，尽管低传动比模式将允许没有机械离合器的较高的最大转矩，但机械离合器将在低传动比(低速)模式下允许的最大转矩限制为在高传动比模式下提供的最大转矩。因此，在离合模式下，低传动比模式的较高转矩仍然不可用。相反，工具100包括电子离合器而不是机械离合器。该电子离合器控制模块134的可配置性消除由较高传动比强加的转矩限制，以能够利用由低传动比可用的额外转矩水平。
因此，在一些实施例中，电子离合器控制模块134允许用户为低速模式指定比针对高速模式可选择的更高的转矩水平。例如，在图6A-6B中，选择低速模式并且允许的最大转矩约为175英寸-磅，这与高速模式中允许的最大转矩相同。然而，在一些实施例中，工具100可在低速模式下实现更高的转矩输出。相应地，在一些实施例中，当处于高速模式下时，最大可选转矩水平是第一值(例如175英寸-磅)，但是在低速模式下，最大可选转矩水平是较大的值(例如，300英寸-磅或1000英寸-磅)。
在一些实施例中，电子离合器控制模块134允许用户为离合器套环108的每个设置单独地提供转矩水平。远程设备140的GUI可以包括文本框、游标或其它输入机构，用于离合器套环108的每个设置，以使用户能够为每个离合器套环设置输入自定义的转矩水平。例如，用户可以输入200英寸-磅用于设置1,150英寸-磅用于设置2，700英寸-磅用于设置3。在其它实施例中，远程设备140的GUI可以从用户接收适于设置的子集的自定义值以及适于其它设置的范围的输入。例如，对于具有十三个设置(例如1-13)的离合器套环108而言，GUI可以接收用于三个设置(例如1-3)的设置的自定义转矩水平，并且适于剩余设置(例如，4-13)的范围由最大值和最小值定义。类似于以上关于表I所描述的那样，远程设备140又可以在其余设置(例如，4-13)中划分范围。
在一些实施例中，电子离合器控制模块134经由远程设备140的GUI接收适于离合器套环108的设置的不同子集的不同范围。例如，GUI可以基于接收到的用户输入给电子离合器控制模块134提供指定适于离合器套环的第一组设置(例如，1-5)的第一转矩范围和适于离合器套环的第二组设置(例如6-13)的第二转矩范围的转矩水平的映射，每个范围与上述类似由最大和最小转矩水平限定。
图7示出由远程设备140生成并用于配置工具100的另一图形用户界面GIU 300。该GUI 300被配置为接收用户输入，该用户输入指定然后由远程设备140给电动工具100传送的定制钻孔控制配置以便配置电动工具100的操作。GUI 300与图6A-图6B中的GUI 250类似。但是包括不同的特征，包括抗反冲特征框30。更具体地，GUI 300包括具有可由用户选择的启用和禁用位置的抗反冲触发器302。例如，如图7中所示，抗反冲触发器302处于启用位置下，但是通过在GUI 300上向左滑动(例如，在远程设备140的触摸屏上)而被切换到禁用位置。当被启用时，用户可操作以通过设置转矩关断水平(即，抗反冲转矩水平)来设置抗反冲特征的灵敏度。在所示的实例中，用户可以通过滑动游标304来调节水平1与水平10之间的转矩关断水平。GUI 300还包括指示其在图7中被设置为水平3的当前选择的转矩关断设置的转矩关断水平指示器306。在远程设备140经由GUI 300接收到定制钻孔配置的用户设置之后，远程设备140无线地或经由有线连接将配置(配置数据)传送到电动工具100，其由马达控制单元130接收。如先前所述，模式选择器按钮113可以被按下以循环通过工具100的配置，并且选择具有启用的抗反冲特征的定制钻孔控制配置。
在操作中，在电动工具100正在执行钻孔操作并且抗反冲特征被启用的情况下，如上所述，电子离合器控制模块134使用电流传感器135监测马达126的电池电流。电子离合器控制模块134还基于所选择的转矩关断设置(例如，使用将每个转矩关断设置映射到当前值的查找表)来确定电流阈值。当电子离合器控制模块134确定电池电流水平达到电流阈值时，马达控制单元130停止驱动马达126以使马达126快速停止。因此，马达控制单元130基于通过电池电流推断的马达转矩的增大来推断发生反冲情况，并且关闭马达126。
当防反冲触发器302被禁用，并且远程设备140将定制钻孔配置的配置数据传送到具有禁用特征状态的电动工具时，电动工具100继续进行而没有如所描述的转矩关断。
如图7中所示，其它工具操作参数可以经由GUI 300指定。例如，GUI 300可操作以接收适于马达126的最大速度(对于高速和低速设置而言)，指示马达126在其应当升高到期望的速度的速度的触发器升高参数，指示保持灯116启用(例如，在触发器112被按下或释放之后)多久的灯工作持续时间，以及灯工作亮度水平。GUI 300又产生包括指定参数的定制钻孔控制配置，其被传送到马达控制单元130。该配置可存储在马达控制单元130的存储器中。马达控制单元130又根据由定制钻机控制配置指定的参数来控制电动工具100。
图8示出操作具有电子离合器的电动工具100的方法700的流程图。方法700包括接收适于离合器套环108的映射(在步骤710)。例如，映射可以是由远程设备140响应于由GUI250接收的用户输入而生成的配置的一部分(图6A和图6B)。该配置还可以包括经由GUI250指定的模式的指示，诸如可调节模式或固定模式。映射指示或分配适于离合器套环108的多个位置(即，多个设置)中的每一个的转矩水平。马达控制单元130经由无线收发器137接收并存储来自远程设备140的映射。马达控制单元130的处理器可以将映射存储在马达控制单元130的存储器中。
在一些实施例中，如上所述，映射包括适于离合器套环108的两转或更多转的转矩水平。例如，映射可以包括与适于离合器套环的第一转的多个设置相对应的转矩水平以及与适于离合器套环的第二转的多个设置对应的第二多个转矩水平。假定离合器套环108包括适于离合器套环108的一转的十三个设置，则该映射可以包括二十六个转矩水平，在两转中一个转矩水平适于离合器套环108的每个设置(或位置)。在一些实施例中，提供适于离合器套环的设置的多于两转的转矩水平。在一些实施例中，映射制定最大转矩水平和最小转矩水平以及指示在离合器套环108的设置之间的目标转矩水平的变化的增量/减量水平。
在步骤720，马达控制单元130检测由电动工具100的用户选择的离合器套环108的位置。如关于图3A，图3B和图4中所述，用户可以旋转离合器套环108以选择特定的转矩水平。在步骤730，马达控制单元130确定由用户选择的适于离合器套环108的位置的转矩水平。马达控制单元130基于在步骤710接收的映射来确定该转矩水平。如上所述，在一些实施例中，远程设备140可以将包括用户指定的固定转矩水平的配置传送给电动工具100。在这些实施例中，马达控制单元将转矩水平确定为从远程设备140接收到的、可能由马达控制单元130忽略离合器套环108的位置、忽略速度设置、或者对离合器套环108的每个位置分配固定转矩水平进行的固定转矩水平，使得选择固定的转矩水平而不管离合器套环108的位置如何。
在步骤740，马达控制单元130检测电动工具100的转矩。马达控制单元130例如基于马达电流来检测转矩。例如，电流传感器135感测流向马达126的电流，并向马达控制单元130提供指示电流的信号。马达控制单元130可以使用上述技术来基于从电流传感器135接收到的信号来确定转矩。
在步骤750，马达控制单元130确定电动工具100的转矩是否超过在步骤730确定的转矩水平。在一些实施例中，该确定可涉及转矩水平(例如以英寸-磅或牛顿-米)的比较，并且在其它实施例中，该确定可涉及指示转矩的电流值(例如以安培为单位)的比较。当在步骤740中检测到的转矩超过在步骤730中确定的转矩水平时，马达控制单元130产生指示(在步骤760)。该指示例如包括使得灯116闪烁，棘轮接合马达126，和/或停止马达126。换言之，响应于确定电动工具的检测到的转矩超过转矩水平，马达控制单元130可以停止马达126以例如通过停止向FET 124发送驱动信号或通过控制FET 124来主动制动马达124来提供指示。在一些实施例中，马达控制单元130可以棘轮接合马达126以在步骤750中提供指示。在一些实施例中，马达控制单元130可以控制灯116闪烁以提供指示。在又一些实施例中，马达控制单元130通过使用使得灯116闪烁、棘轮接合马达126以及停止马达126的组合来生成指示。例如，控制单元130可以使得灯116闪烁并且棘轮接合马达126第一时间段然后停止马达126。方法700重复步骤740和750，直到转矩超过在步骤730中确定的转矩水平，直到选择离合器套环108的新位置，或者直到触发器112被释放。
在一些实施例中，在步骤710中接收到的映射包括适于高速设置的第一映射和适于低速设置的第二映射。当电动工具100处于由速度选择开关111指示的高速设置下时，由电子离合器控制模块134使用第一映射(例如，在步骤730中用于确定转矩水平)。然而，当电动工具处于由速度选择开关111指示的低速设置下时，由电子离合器控制模块134使用第二映射。因此，离合器套环108可以取决于速度选择开关111的位置在相同的旋转位置处指示不同的期望的转矩水平。在一些实施例中，第一映射的最大转矩水平小于第二映射的最大转矩水平。
在一些实施例中，该方法包括从速度选择开关接收速度设置。该方法进一步包括对在步骤740中检测电动工具转矩中的速度设置或者在步骤730中计算的转矩水平进行补偿以提供类似的性能，而不管速度设置如何。例如，通过补偿，在步骤750中产生适于离合器套环108特定设置的指示时的电动工具的转矩大致相同，而与速度设置无关。
在一些实施例中，方法700包括经由无线收发器接收进入固定转矩模式和固定转矩水平的请求的另一步骤。该请求和固定转矩水平可以作为基于GUI 250上的用户输入生成的控制配置的一部分由远程设备140提供。在电动工具的后续操作中，电子离合器控制模块134在电动工具的后续操作期间检测电动工具的后续转矩超过固定转矩水平。类似于步骤740的转矩检测，检测电动工具的后续转矩。然后，马达控制单元130产生第二指示，即后续转矩超过固定转矩水平。产生与步骤760的指示类似的第二指示，并且可以包括停止马达126，棘轮接合马达126和使得灯116闪烁中的一个或多个。
在一些实施例中，在步骤710中接收到的映射包括由远程设备140基于例如经由GUI 250接收的用户输入生成的第一转矩值。马达控制单元130使用第一转矩值并且预先或根据需要计算确适于多个设置的转矩水平。例如，在步骤730中，马达控制单元130基于多个设置中的离合器套环设置的位置和第一转矩值来计算在步骤720中检测到的适于离合器套环设置的转矩水平。第一转矩值可以指示最大转矩水平或最小转矩水平。以例如指示最小转矩水平的第一转矩值为例，马达控制单元130可以通过假定特定的转矩递增并且通过使得最小转矩水平递增离合器套环设置高于最小离合器套环设置的设置数目来计算设置的转矩水平。
备选地，马达控制单元130可以使用默认的最大转矩水平与接收到的最小转矩水平相结合，并且将适于离合器套环设置的转矩水平计算为成比例于或者对应于多个设置中的离合器设置位置的值。例如，十三个可能的设置中的六个的离合器套环设置将导致大于在最小和最大转矩水平之间的中点的转矩水平，假定线性比例，并且离合器套环设置为十三个设置中的五个会导致转矩水平低于中点。马达控制单元继续基于计算出的转矩水平来控制马达。例如，在一些实施例中，马达控制单元130继续执行步骤740,750和760，并且在步骤750的确定中使用所计算出的转矩水平。
在一些实施例中，在步骤710中，接收第一转矩值和第二转矩值，并且进一步基于第二转矩值来计算转矩水平。在一些实例中，第一转矩值指示最小转矩水平，并且第二转矩值指示最大转矩水平。类似于上文刚刚所述，马达控制单元130使用第一转矩值和第二转矩值来预先或根据需要计算适于多个设置的转矩水平。在一些实例中，所述第一转矩值指示适于第一设置的第一转矩水平，所述第二转矩值指示适于第二设置的第二转矩水平，所述方法还包括将所述多个设置的剩余设置与在第一转矩水平和第二转矩水平之间的转矩水平相关联。
虽然图2的流程图被图示和描述为以串行方式执行的步骤，但是方法700的一个或多个框可以并行或者以与所述的顺序不同的顺序执行。此外，马达控制单元130的处理器可以执行指令以实施可归因于马达控制单元130的方法700的步骤和功能。
尽管工具100被描述为锤击式钻机，但是在一些实施例中，工具100是标准的非锤击钻机/驱动器或另一种钻机/驱动工具，诸如转角驱动器或冲击驱动器。
因此，本发明除了其它之外提供了具有可配置电子离合器的电动工具和配置电子离合器的方法。在下面的权利要求中阐述本发明的各种特征和优点。

Claims (25)

1.一种电动工具，其包括：
壳体；
在壳体内的马达；
壳体上的包括多个设置的离合器套环；
可操作以与远程设备形成无线连接的无线收发器；以及
联接到离合器套环和无线收发器的处理器；处理器配置成；
经由无线收发器接收包括与多个设置对应的多个转矩水平的映射；
检测离合器套环被设置为多个设置中的设置；
从映射来确定适于设置的转矩水平；
在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过转矩水平；以及
生成转矩超过转矩水平的指示。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于还包括耦联到所述处理器的电流传感器，其中所述处理器被配置为基于由所述电流传感器感测到的马达电流来检测所述转矩。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于所述指示包括选自于由灯闪烁、棘轮接合所述马达以及停止所述马达所构成组的至少一个。
4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于所述指示包括棘轮接合所述马达，并且所述棘轮接合的强度由所述处理器基于所述转矩水平来设置。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于所述映射包括与适于所述离合器套环的第一转的多个设置对应的多个转矩水平和与适于所述离合器套环的第二转的多个设置对应的第二多个转矩水平。
6.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于还包括具有高速设置和低速设置的速度选择开关，所述速度选择开关耦联到所述处理器，其中所述处理器还配置为接收适于所述高速设置的映射并接收适于低速设置的第二映射。
7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于适于所述高速设置的所述映射的最大转矩水平小于适于所述低速设置的所述第二映射的最大转矩水平。
8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于还包括具有速度设置的速度选择开关，所述速度选择开关耦联到所述处理器，其中所述处理器补偿在检测所述电动工具的转矩中的所述速度设置，使得对于设置离合器套环的多个设置而言，产生指示时的电动工具的转矩大致相同而不管速度设置如何。
9.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于所述处理器还配置为：
经由所述无线收发器接收进入固定转矩模式和固定转矩水平的请求；
在电动工具的后续操作期间检测电动工具的后续转矩超过固定转矩水平；以及
产生随后的转矩超过固定转矩水平的第二指示。
10.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于其中所述处理器还配置为：
经由所述无线收发器接收启用抗反冲特征的请求；
设置抗反冲转矩水平；
在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过抗冲击转矩水平；以及
当转矩超过抗反冲转矩水平时停止马达。
11.一种操作电动工具的方法，该电动工具包括：壳体；在壳体内的马达；壳体上的包括多个设置的离合器套环，和电子离合器；该方法包括：
利用处理器经由无线收发器接收包括与多个设置对应的多个转矩水平的映射；
利用处理器检测离合器套环被设置为来自多个设置的设置；
利用处理器从映射确定适于设置的转矩水平；
利用处理器在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过转矩水平；以及
利用处理器生成转矩超过转矩水平的指示。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于检测所述转矩包括检测马达电流并且基于所述马达电流来计算被估算的转矩。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述指示包括棘轮接合所述马达，并且所述棘轮接合的强度随所述转矩水平而变化。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述映射包括与适于所述离合器套环的第一转的多个设置对应的多个转矩水平和与适于所述离合器套环的第二转的多个设置对应的第二多个转矩水平。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括：
从速度选择开关接收选自于由高速设置和低速设置所构成组的至少一个的选择，其中所述映射对应于所述高速设置；以及
利用处理器接收适于低速设置的第二映射。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于适于所述高速设置的所述映射的最大转矩水平小于适于所述低速设置的所述第二映射的最大转矩水平。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
从速度选择开关接收速度设置；
补偿在检测所述电动工具的转矩中的所述速度设置，使得对于设置离合器套环的多个设置而言，产生指示时的电动工具的转矩大致相同而不管速度设置如何。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括：
经由所述无线收发器接收进入固定转矩模式和固定转矩水平的请求；
在电动工具的后续操作期间检测电动工具的后续转矩超过固定转矩水平；以及
产生随后的转矩超过固定转矩水平的第二指示。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于还包括：
经由所述无线收发器接收启用抗反冲特征的请求；
利用处理器设置抗反冲转矩水平；
在电动工具的操作期间检测电动工具的转矩超过抗冲击转矩水平；以及
当转矩超过抗反冲转矩水平时利用处理器停止马达。
20.根据权利要求11所述的方法，其特征在于生成所述指示包括选自于由灯闪烁、棘轮接合所述马达以及停止所述马达所构成组的至少一个。
21.一种操作包括壳体、在壳体内的马达、壳体上的包括多个设置的离合器套环、以及电子离合器的电动工具的方法；该方法包括：
利用处理器经由无线收发器接收由远程设备基于用户输入生成的并且由远程设备无线发送到无线收发器的第一转矩值；
利用处理器检测离合器套环被设置为多个设置中的设置；
利用处理器基于多个设置中的设置位置和第一转矩值来计算适于设置的转矩水平；以及
基于转矩水平来控制马达。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于基于所述转矩水平来控制所述马达包括：
利用所述处理器检测在所述电动工具的操作期间所述电动工具的转矩超过所述转矩水平；以及
控制马达停止和棘轮接合中的一个或多个。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于还包括：
利用所述处理器经由所述无线收发器接收由所述远程设备基于所述用户输入生成的第二转矩值；以及
其中计算转矩水平进一步基于第二转矩值。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于所述第一转矩值指示适于第一设置的第一转矩水平，所述第二转矩值指示适于第二设置的第二转矩水平，所述方法进一步包括：
将所述多个设置的剩余设置与第一转矩水平和第二转矩水平之间的转矩水平相关联。
25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于还包括：
通过外部设备提供图形用户界面；
由所述外部设备经由所述图形用户界面接收所述第一转矩值和第二转矩值的指示，其中所述第一转矩值指示最小转矩水平，以及所述第二转矩值指示最大转矩水平。
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