CN110385680B - 具有刚性联接的冲击机构的冲击工具 - Google Patents

Abstract

公开了具有刚性联接的冲击机构的冲击工具的示例性实施例，该冲击机构刚性地联接至电马达。在至少一个示例性实施例中，冲击工具可以包括冲击机构、电马达和控制电路。冲击机构可以包括锤部和锤砧，锤部被构造为围绕第一轴线旋转并周期性地冲击锤砧，以驱动锤砧围绕第一轴线旋转。电马达可以包括刚性地联接至冲击机构的转子，电马达被构造为驱动锤部围绕第一轴线旋转。控制电路可以被构造为向电马达供应电流并且响应于锤部冲击锤砧而防止电流超过阈值。

Description

具有刚性联接的冲击机构的冲击工具

技术领域

本公开总体上涉及冲击工具，并且更具体地，涉及具有刚性地或直接地联接至电马达的冲击机构的冲击工具。

背景技术

冲击工具(例如，冲击扳手)是一种自动套筒扳手，其在其输出端产生比其动力装置所产生的更高的扭矩。通常，锤部经由动力装置围绕轴线旋转。当锤部通过动力装置加速到高速时，锤部以飞轮的形式积累能量。当锤部围绕其轴线旋转时，它也可以沿着轴线枢转或横向运动，直到它撞击锤砧。锤砧附接至被构造成或适于旋转紧固件的适当的输出结构。换言之，冲击机构将马达提供的扭矩转换成从锤部引导到锤砧的一系列强力旋转击打，以旋转地驱动紧固件。这种冲击工具被设计成在制造和汽车维修环境(仅举几个例子)中应用高扭矩紧固装置。

用于这种冲击工具的典型动力装置包括压缩空气或电力。压缩空气具有为简单的锤部/锤砧冲击机构供应足够动力以驱动紧固件的优点。然而，压缩空气动力需要来自压缩空气源的供应管线以便致动工具。这种束缚将工具的可操作范围限制于仅动力供应管线的长度。

替代地，可以采用电马达来旋转锤部。特别是电池供电的马达允许简直在无限范围内操作冲击工具。这在某些情况下形成了优于压缩空气马达的显著优点。由于冲击机构固有的恒定冲击和回弹，需要使用传动装置和替代的锤部/锤砧机构。这是为了防止电马达在冲击工具的操作期间受到不利影响。

气动冲击工具通常在其空气马达与冲击机构之间具有刚性直接连接。这里，在转子与冲击机构之间存在单个共享自由度。它们成角度地一起运动，因此这两个结构共享该单个成角度运动。换言之，空气马达在锤部旋转的同时沿任一方向旋转。如果锤部顺时针旋转，空气马达的转子也是如此。相反，如果锤部逆时针运动(比如因撞击锤砧而回弹)，空气马达也是如此。由于只有空气通过马达供应原动力，因此空气马达的转子沿一个方向或另一个方向的旋转不会对其造成伤害。

然而，电动冲击工具需要电马达与冲击机构之间的柔顺性连接(compliantconnection)。当锤部响应于撞击锤砧而停止和/或回弹时，电马达的转子将不会停止或者导致立即反方向。柔顺性机构包括具有本领域中公知的球与凸轮机构的锤部和锤砧。球与凸轮机构允许两个自由度，第一自由度是电马达上的转子的角度，并且第二自由度是锤部与冲击机构的角度。由于柔顺性，马达可以在一个角度方向上运动(即，围绕其轴线沿一个方向旋转)，而锤部可以沿相反方向独立地旋转。采用这种机构使得马达的转子在锤部与锤砧之间的冲击时不会停止旋转或被迫反向。

没有这种球/凸轮或传动装置，即柔顺性机构，电马达被认为在冲击工具上的应用有限。这是因为如果电马达的转子被迫突然停止、明显减速或反向，则电马达可能会损坏。这些情况形成了高的电流脉冲倾向。马达和相关的电子器件通常不能承受这种脉冲。马达和/或相关的电子器件可能过热并失效。这些马达在马达与冲击机构之间具有柔顺性连接，使得即使在锤部与锤砧之间发生冲击时，电马达中的转子也继续沿相同方向旋转。在正常操作下，如果马达继续旋转，尽管锤部与锤砧之间存在冲击，但马达或电联接器件暴露于电流脉冲的危险很小。柔顺性机构允许马达基本上承受恒定负载。

对此的解释是，当电马达旋转时，它产生反电动势(EMF)电压。反电动势是由回转的转子产生的相反电动势。反电动势与正在提供的电势作用相反。只有施加电势与反向的反电动势的差异才会驱动电流通过电路到达马达。适度的电势差几乎不会带来供应给马达过大电流的危险。在转子上强制突然停止或反方时，马达的电磁场可能会崩溃或改变方向。此时，不再有任何反电动势来对抗施加到马达的电压。实质上，在动力源与马达之间形成了畅通无阻的通道。这允许将过量的电流输送到马达，从而形成大电流脉冲。这很快发生，导致大量热量，因此不仅损坏马达，而且损坏任何相关的电子器件，比如动力开关、飞轮二极管或电容器。在这些情况下，这种脉冲由于其速度和大小而难以防止。

因此，由于空气马达与冲击机构之间的刚性或直接联接意味着转子将随着锤部的旋转而来回旋转，因此认为这些机构不适合于电马达。柔顺性联接意味着它允许电马达的转子继续沿相同方向旋转，而不管是否通过移动锤部改变方向。

也就是说，在柔顺性联接方案中采用的所有传动装置、离合器和冲击机构的构造都增加了冲击工具的尺寸和成本。直接联接机构比其柔顺性联接对应物更简单且更便宜。此外，对于给定的冲击速度而言，停止整个动力传动系将比仅停止机构而不是停止马达提供更多的扭矩。因此，如果电马达驱动的冲击工具能够在转子与输出驱动器之间采用刚性或直接联接的冲击机构，将是有益的，而不会有马达和/或相关的电子器件被电流脉冲损坏的风险。

发明内容

因此，本公开的示例性实施例提供了一种冲击工具组件，包括：冲击机构，其包括锤部和锤砧，锤部被构造为围绕第一轴线旋转并周期性地冲击锤砧，以驱动锤砧围绕第一轴线旋转；电马达，其包括直接地联接至冲击机构的转子，电马达被构造为驱动锤部围绕第一轴线旋转；其中，马达使锤部沿第一方向旋转，并且当锤部周期性地冲击锤砧时，锤部使转子周期性地停止沿第一方向的旋转；以及控制电路，其向电马达供应电流并限制供应给电马达的电流。

在上述和其它实施例中，所述冲击工具组件可以进一步包括：当供应给电马达的电流超过阈值时，通常当锤部冲击锤砧时，控制电路通过禁止电流供应来限制供应给电马达的电流；控制电路包括调节施加至马达的电势的脉冲宽度调制电路、测量电流的电流测量电路以及禁用逻辑，对于电流超过电马达的特定阈值的每个顺序的PWM循环，禁用逻辑禁止向电马达供应电流；控制电路指示电马达的电流限制；控制电路包括电子控制器，以响应于马达电流的高带宽测量值而防止电流超过阈值；控制电路包括电子控制器，以确定冲击机构的期望参数并将所述阈值调整到与实现冲击机构的期望参数相关联的水平；所述期望参数是由锤部实现的旋转速度、锤部在冲击时输送到锤砧的扭矩、锤部在冲击锤砧之后的回弹角度、或锤部冲击锤砧的频率中的至少一个；锤部直接地联接至转子以便围绕第一轴线旋转，并且锤部包括锤部卡爪，所述锤部卡爪被构造为在脱离位置与接合位置之间平行于第一轴线平移，使得锤部卡爪在处于接合位置时冲击锤砧；冲击机构进一步包括锤部框架，所述锤部框架支撑锤部以便围绕第一轴线旋转，锤部枢转地联接至锤部框架，使得锤部进一步被构造为围绕不同于第一轴线的第二轴线枢转；锤部框架通过选自由锤部框架与转子之间的花键连接组成的组中的连接直接地联接至转子，并且锤部框架和转子一体地形成为整体部件；凸轮板被构造为驱动锤部围绕第一轴线旋转，凸轮板通过凸轮板与转子之间的花键连接刚性地联接至转子；以及凸轮板被构造为驱动锤部围绕第一轴线旋转，凸轮板和转子一体地形成为整体部件。

本公开的另一示例性实施例提供了一种冲击工具组件，包括：摆动配重冲击机构，其包括锤部框架和锤砧，锤部框架支撑围绕第一轴线旋转的锤部，锤部可枢转地联接至锤部框架，使得锤部还被构造为围绕不同于第一轴线的第二轴线枢转，锤砧被构造为在由锤部冲击时围绕第一轴线旋转；以及电马达，其包括直接地联接至摆动配重冲击机构的转子，电马达被构造为驱动锤部围绕第一轴线沿第一方向旋转；其中转子直接地联接至摆动配重冲击机构，使得转子沿第一方向的旋转使锤部沿第一方向旋转，并且当锤部停止沿第一方向的旋转时，转子同时停止沿第一方向的旋转。

在上述和其它实施例中，所述冲击工具组件可以进一步包括：锤部框架通过选自由锤部框架与转子之间的花键连接组成的组中的连接直接地联接至转子，并且锤部框架和转子一体地形成为整体部件；摆动配重冲击机构进一步包括凸轮板，该凸轮板被构造为驱动锤部围绕第一轴线旋转，该凸轮板通过凸轮板与转子之间的花键连接刚性地联接至转子；并且摆动配重冲击机构进一步包括凸轮板，以驱动锤部围绕第一轴线旋转，该凸轮板和转子一体地形成为整体部件。

本公开的另一示例性实施例提供了一种冲击工具组件，包括：电马达，其包括被构造为围绕第一轴线旋转的转子；以及冲击机构，其包括锤部和锤砧，锤部被构造为围绕第一轴线旋转，并且锤砧被构造为当由锤部冲击时围绕第一轴线旋转；其中，所述锤部包括锤部基座和锤部卡爪，锤部基座直接地联接至转子，以便围绕第一轴线旋转，锤部卡爪被构造为响应于锤部基座围绕第一轴线的旋转在脱离位置与接合位置之间平行于第一轴线平移，使得锤部卡爪围绕第一轴线旋转，而不会在处于脱离位置时冲击锤砧，并且在处于接合位置时冲击锤砧；其中，转子直接地联接至锤部基座，使得转子围绕第一轴线沿第一方向的旋转使锤部围绕第一轴线沿第一方向旋转，并且当锤部停止围绕第一轴线沿第一方向的旋转时，转子同时停止围绕第一轴线沿第一方向的旋转。

在上述和其它实施例中，所述冲击工具组件可以进一步包括：锤部基座和锤部卡爪一体地形成为整体部件；锤部进一步包括销，所述销由锤部基座支撑并且被构造为响应于锤部基座围绕第一轴线的旋转而平行于第一轴线平移，锤部卡爪形成在所述销上；以及控制电路，其向电马达供应电流并响应于锤部冲击锤砧而限制供应给电马达的电流。

通过考虑以下详细描述，刚性或直接联接的电冲击工具组件的其它特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，所述详细描述例示了当前所认知的实施所述刚性或直接联接的电冲击工具组件的最佳模式。

附图说明

在本公开中所描述的构思是作为示例而不是作为限制在附图中示出的。为了图示的简单和清楚起见，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大。另外，在认为适当的地方，在各图之中重复参考标记以指示相应或类似的元件。

图1是冲击工具的示例性实施例的透视图，所述冲击工具包括刚性地联接至电马达的冲击机构；

图2是图1的冲击工具的控制系统的示例性实施例的简化框图；

图3是冲击工具的没有任何电流阈值限制的电流和速度波形；

图4是图1的冲击工具的具有第一电流阈值限制的电流和速度波形的示例性实施例；

图5是图1的冲击工具的具有第二电流阈值限制的电流和速度波形的示例性实施例；

图6A是可以与图1的冲击工具一起使用的摆动配重冲击机构的示例性实施例的前端剖视图；

图6B是图6A的摆动配重冲击机构的后端剖视图；

图7A是可以与图1的冲击工具一起使用的摆动配重冲击机构的另一示例性实施例的前端剖视图；

图7B是图7A的摆动配重冲击机构的后端剖视图；

图8A是可以与图1的冲击工具一起使用的摆动配重冲击机构的又一示例性实施例的前端剖视图；

图8B是图8A的摆动配重冲击机构的后端剖视图；以及

图9是可以与图1的冲击工具一起使用的冲击机构的再一示例性实施例的侧视剖视图。

具体实施方式

虽然本公开的构思易于进行各种修改和替代形式，但是其特定示例性实施例已经在附图中通过示例示出并且将在本文中详细描述。然而，应该理解的是，并非旨在将本公开的构思限制于所公开的特定形式，而是相反，意图是覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

现在参考图1，冲击工具10通常包括电马达12和冲击机构14，其构造为将电马达12提供的扭矩转换成从冲击机构14的一个或多个锤部引导到冲击机构14的一个或多个锤砧的一系列强力旋转击打。也就是说，电马达12被构造为驱动冲击机构14的旋转，从而驱动输出驱动器16的旋转。在示例性实施例中，电马达12被实施为联接至能量源34(即，电力源)的电动马达。如示例性实施例中所示，冲击工具10包括接收器18，该接收器被构造为接收电池(例如，可再充电电池)，电马达12可通过电池供电。然而，在其它实施例中，电马达12可以被构造为由任何合适的能量源34(包括例如干线电力(例如，经由有线连接))供电。

如图1中进一步所示，轴线20可以从冲击工具10的前输出端22延伸到冲击工具10的后端24。根据特定实施例，电马达12和/或冲击机构14的一个或多个部件(例如，锤部102、锤部框架106、凸轮板150和/或下面描述的其它部件)可以被构造为围绕输出轴线20、平行于输出轴线20的轴线和/或横向于输出轴线20的轴线旋转。例如，在一些实施例中，电马达12的转子26(参见图2)的旋转轴线可以与输出轴线20重合或平行。在其它实施例中，转子26的旋转轴线可以横向于(例如，成直角)输出轴线20。换言之，尽管冲击工具10被示例性地示出为手枪式冲击工具10，但是可设想，本公开的冲击机构可以在任何合适的冲击工具(例如，具有直角或其它构造的冲击工具)中使用。

然而，与常规电冲击工具不同，冲击工具10旨在刚性地或直接地联接至其冲击机构14。换言之，电马达12中的转子26(参见图2)和冲击机构14适于使输出驱动器16同时沿顺时针和逆时针方向围绕输出轴线20旋转。出于本公开的目的，直接地联接包括但不限于转子26和冲击机构14(参见图2)一起同时旋转。如果冲击机构顺时针旋转，则转子顺时针旋转。然而，相反地，当冲击机构逆时针旋转时(例如，当锤部因冲击锤砧而回弹时)，它还使转子逆时针旋转。这与转子和冲击机构之间需要柔顺性联接的常规电冲击工具形成对比。出于本公开的目的，柔顺性联接包括但不限于，电马达的转子始终沿相同方向旋转，尽管冲击机构沿相反方向旋转。例如，对于常规冲击工具而言，电马达的转子将总是以示例性的顺时针方向旋转，尽管冲击机构间歇地(例如，当锤部因冲击锤砧而回弹时)沿逆时针方向旋转。本公开的示例性实施例涉及电马达的转子在冲击工具中的刚性或直接联接而不是柔顺性联接。

由于转子26与冲击机构14之间的直接联接，冲击工具10现在可以采用传统上限制用于空气马达驱动的冲击工具中的冲击机构。如本文详细描述的，冲击工具10的冲击机构14可以实施为“摆动配重”型冲击机构、“销式”型冲击机构、“滑跃”型冲击机构或其它类似类型的传统的空气冲击机构。应该理解的是，这些冲击机构依赖于与转子的直接连接，因此传统上不用于电马达型冲击工具中。在摆动配重冲击机构中，冲击机构14的一个或多个锤部围绕一个轴线(例如，图1中所示的轴线20)旋转，同时还围绕另一轴线(不同于旋转轴线)枢转，以向冲击机构14的锤砧104输送周期性的冲击击打。例如，在一些实施例中，冲击机构14在某些方面可能类似于Maurer型冲击机构、“摇滚(rockingdog)”型冲击机构和“冲击-卡爪-轨迹-枢转销”型冲击机构中的一种或多种，其示例性实施例在美国专利No.2,580,631；3661217；4,287,956；5,906,244；6,491,111；6,889,778以及8,020,630中公开(其全部公开内容通过引用并入本文)。类似地，“销式”和“滑跃”型冲击机构的示例性实施例是本领域中已知的。再者，这些冲击机构传统上用于空气马达冲击工具中。但是因为本公开的转子26直接地联接至冲击机构14，尽管与电马达一起使用，但是出于本文进一步讨论的原因，这些冲击机构可以与该冲击工具一起使用。

还应理解的是，在一些实施例中，关于直接联接，冲击机构14的锤砧104可以与输出驱动器16一体地形成。在其它实施例中，锤砧104和输出驱动器16可以单独地形成并彼此联接，使得输出驱动器16被构造为由于锤砧104的旋转而旋转。输出驱动器16被构造为与多个可互换套筒中的一个套筒配合(比如，用于拧紧和松开紧固件，比如螺母和螺栓)。尽管输出驱动器16被示例性地示出为方形驱动器，但是本公开的原理可以应用于任何合适的尺寸和形状的输出驱动器16。

在示例性实施例中，冲击机构14由电马达12直接驱动。具体而言，电马达12的转子26刚性地联接至冲击机构14的一个或多个部件(例如，锤部102、锤部框架106、凸轮板150等，如图7A和图7B中示例性所示)。如图2的框图中所示，冲击机构14通过刚性联轴器42刚性地联接至转子26。例如，在一些实施例中，冲击机构14可以通过花键连接、键块连接、D形连接、矩形连接或冲击机构14与电马达12的转子26之间的其它非柔顺性直接连接(即，刚性联轴器42)刚性地联接至转子26。刚性联轴器42可以形成为使得在刚性联接的部件(例如，转子26和机构14)之间几乎没有或没有“伸展性(give)”或者移动自由。例如，在示例性实施例中，没有球与凸轮机构、弹簧或其它柔顺性机构来吸收转子26的能量或者以其它方式防止转子26在锤部102回弹期间回弹。在其它实施例中，转子26可以与冲击机构14的部件(例如，锤部102、锤部框架106、凸轮板150等)一体地且整体地形成，从而在电马达12与冲击机构14之间构成刚性联轴器42。

在一些实施例中，电马达12可以被进一步“加固”，以便维持转子26的速度和旋转方向的频繁和急剧变化以及电流和/或电压的任何相关变化。根据特定实施例，加固的电马达12可以实施为例如“DC无刷永磁体”马达(其示例性实施例在美国专利No.6,196,332中公开，其全部内容通过引用并入本文)、“开关磁阻”马达、“同步磁阻”马达、“感应”马达或“高频感应”马达。在一些实施例中，开关磁阻马达可以实施为没有磁体的无刷马达，从而不会有磁体破坏或消磁，并且可以包括具有大花键的转子26。此外，在一些实施例中，电马达12可以包括例如环形磁体或内部永磁体，具有在转子与转子叠片之间提供非滑动连结的非传统的几何形状、特征，比如D形、星形、六角形、花键；防止叠片之间相对滑动的特征，比如凹坑、外部焊缝；被构造为防止或减少退磁发生、减少电马达12的过热和/或以其它方式提供电马达12的寿命延长的夹紧和/或其它特征。

图2的简化框图进一步示出了冲击工具10的控制系统30，该控制系统被构造为调节供应给电马达12的电流量。本领域技术人员在阅读本公开内容时将理解，在电马达12与冲击机构14之间存在刚性或直接联轴器42的实施例中，供应给电马达12的电流响应于由锤部102冲击锤砧104引起(例如，当锤部102缓慢移动时由较高的电流消耗引起)的冲击机构的锤部102的回弹而激增。如前面所讨论的，由于电流浪涌的风险，仅马达与冲击机构之间的柔顺性联接与电马达一起使用。在没有限流电路(比如限流电路40)的情况下，与这种冲击相关的电马达12的突然停止将在电马达12的转子26上的绕组中和与其串联的所有电路中形成浪涌，这可能导致电马达12的各种部件以及控制电路32的失效。此外，电马达12电流随着电马达12的速度(即，转子26的旋转速度)下降而上升。因此，在回弹期间以及在向前冲击方向上恢复速度时转子26遇到的慢速度导致高电流，在没有限流机构的情况下，高电流可能导致电马达12的绕组中的高温(这种高温经常会损坏电马达12的绝缘部件和其它部件)或者与绕组串联的动力开关中的高温(这种高温可能导致立即或最终的疲劳失效)。

因此，在示例性实施例中，控制系统30调节经由限流电路40向电马达12供应的电流，以例如防止电马达12的这种激增和/或实现冲击机构14的期望参数。控制系统30通常包括控制电路32、电马达12、冲击机构14和能量源34。此外，如图2中所示，在一些实施例中，控制系统30可以包括用户接口36和/或一个或多个传感器38。本领域技术人员将理解的是，为了清楚起见，冲击工具10的某些机械部件和机电部件未在图2中示出。

在示例性实施例中，控制电路32构成冲击工具10的一部分并且经由一个或多个有线连接通信地联接至冲击工具10的能量源34、电马达12、用户接口36和传感器38。在其它实施例中，控制电路32可以经由其它类型的连接(例如，无线或无线电线路)电地和/或通信地联接至能量源34、电马达12、用户接口36和/或传感器38。在示例性实施例中，控制电路32包括限流电路40，所述限流电路被构造为在各个时间点限制(例如，通过能量源34)供应给电马达12的电流。例如，在一些实施例中，限流电路40可以响应于锤部102冲击锤砧104(例如，在锤部102的回弹期间)而防止供应给电马达12的电流超过阈值。限流电路40可以实施为例如具有禁用输出的比较器，以抑制栅极驱动器或动力开关、其它类型的半导体或者固态器件或电路。在其它实施例中，控制电路32和/或限流电路40可以实施为具有或不具有附带固件的电子控制器，或者以专用集成电路(ASIC)实现。

冲击工具10的一个或多个传感器38被构造为直接地或间接地感测电马达12和/或冲击机构14的特征。应理解的是，传感器38可以安装在冲击工具10上或内的任何合适位置处。在示例性实施例中，传感器38被构造为感测可以由控制电路32用来确定(例如，有源地或无源地)是否限制供应给电马达12的电流的数据。因此，传感器38可以被构造为感测例如电马达12或冲击工具10的其它部件的电流或电压、冲击工具10的各个部件(例如，冲击机构14、锤部102或者转子26)正在运行的旋转速度、锤部102在冲击锤砧104之后的回弹角度、在冲击时由锤部102输送到锤砧104的扭矩、锤部102冲击锤砧104的频率、或冲击工具10的其它参数。如以下描述的，在一些实施例中，控制电路32可以实施为电子控制器，其被构造为确定比如上述那些的冲击机构14的期望参数并将电流阈值调整到与实现期望参数相关的水平。应该理解的是，在一些实施例中，一个或多个传感器38可以形成控制电路32的一部分。例如，在一些实施例中，控制电路32可以直接地感测供应给电马达12的电流并防止供应给电马达12的电流超过预定的阈值电流。根据特定实施例，由控制电路32确定的阈值可以基于来自用户接口36的数据，和/或可以基于控制电路32的特定部件。根据特定实施例，传感器38可以包括例如近程传感器、光学传感器、光传感器、运动传感器和/或其它类型的传感器。然而，应该进一步理解的是，前述示例是示例性的，并且不应被视为将传感器38限制于任何特定类型的传感器。

在另一实施例中，限流电路40可以包括周期性的限流保护。例如，限流电路40可以包括脉冲宽度调制(PWM)电路，其控制供应给马达的平均电流量。在每个脉冲期间，测量通过相线供应给马达的电流。如果该电流不超过特定阈值，则继续向马达施加电压。如果电流超过阈值，则驱动晶体管在该PWM循环的剩余时间内切断电压。切断的持续时间仅是PWM循环的剩余时间(可能只有几μs)。该过程在下一个PWM循环立即重新开始。这种测量和评估电流的过程反复地重复。因此，对于每个PWM循环，限流电路40测量电流，在电流超过马达的特定阈值的每个顺序循环关闭电流。周期性方法具有一旦配置在软件中就可以在没有软件干预的情况下执行并对超过阈值的电流提供即时响应的优点。

在另一示例性环境中，限流电路40可以包括指示特定BLDC马达的电流限制的控制电路。该电路将指示马达在多大电流量下运转并且不会偏离的电流量。

如图2中进一步所示，在一些实施例中，控制系统30还包括用户接口36。在这样的实施例中，用户接口36允许用户与控制电路32交互，以例如修改电马达12的阈值电流值或冲击工具10的其它期望参数(例如，锤部102在冲击锤砧104之后的回弹角度、在冲击时由锤部102输送到锤砧104的扭矩、或锤部102冲击锤砧104的频率)。这样，在一些实施例中，用户接口36包括键盘、触摸屏、显示器、开关、旋钮和/或允许I/O功能的其它机构。

现在参考图3-图5，示出了冲击工具10的电流和速度波形的示例性实施例。具体而言，示出了在相应时间表示冲击机构14的锤部102的旋转速度的速度波形50、60、70以及表示供应给电马达12的电流的电流波形52、62、72。应理解的是，在图3-图5中提供了时间、电流和速度的特定值，是为了便于描述并且绝不限制本公开。

现在参考图3，速度波形50和电流波形52示出了在没有对电马达12施加任何电流限制的情况下的冲击工具10的特征。如图所示，冲击机构14的锤部102继续增加其旋转速度50，直到锤部102冲击锤砧104的时间点54。在冲击时，锤部102将扭矩传递到锤砧104并沿与冲击之前的旋转方向相反的方向回弹。应理解的是，由于能量的传递，锤部102以具有的大小56小于向前冲击速度的大小58的旋转速度50回弹。在回弹期间，锤部102的旋转速度减慢，直到锤部102暂时停止并再次开始沿向前冲击方向移动。锤部102继续增加其旋转速度50，直到它再次冲击锤砧104，等等。

如图3中所示，假设恒定的施加电压，随着锤部102的速度50增加，电马达12的电流52减小。随着旋转速度的增加，马达的反电动势上升，因此对于给定的供应电压，马达上的电压降较小(供应电压减去反电动势)，因此电流减小(电流等于电压降除以有效电阻)。可以想到的是，可增加有效供应电压以维持电流，但如果不增加，则随着马达速度增加，电流由于反电动势电压的增加而下降。也就是说，并且如上所述，响应于锤部冲击锤砧，供应给马达的电流52激增到其最大值。这证明了使冲击机构直接联接至马达的危险。当转子被迫在56处立即停止时，供应给马达的电流激增。这一次又一次地发生，如图3所示。电流激增58和/或高电流时段将导致马达以及向马达供电的相关电子器件过热和损坏。

现在参考图4，速度波形60和电流波形62示出了冲击工具10在响应于锤部102冲击锤砧104的回弹期间的操作特征。与图3形成对比，这里冲击工具10具有供应给电马达12的有限电流62或以其它方式防止超过阈值64的电流62。应理解的是，波形60、62类似于波形50、52，但具有一些明显不同。具体而言，在示例性实施例中，供应给电马达12的电流62已被限制为阈值64，因此电流波形62在任何时间点都不会超过该阈值。以这种方式，冲击工具10能够防止或减小通常与锤部102在冲击锤砧104时的回弹相关的电流62中的激增(比如图3的激增58)(即，限制到阈值64)。此外，在示例性实施例中，锤部102的速度60在电流62受到限制的时段66期间是线性的(即，具有恒定的加速度)并且在其它地方是非线性的，如图4所示。应当进一步理解，由于电流62受到限制，锤部102冲击锤砧104的频率减少。换言之，在图4的限流实施例中的各冲击之间的时间段68与图3的实施例中的各冲击之间的时段74相比增长。但即使在时间段74内，马达也会产生足够的速度以产生必要的冲击。此外，在一些实施例中，由于供应给电马达12的电流62的限制，锤部102的峰值速度60可能减小。

现在参考图5，速度波形70和电流波形72示出了冲击工具10在响应于锤部102冲击锤砧104的回弹期间的操作特征。与图3和图4形成对比，这里冲击工具10进一步将供应给电马达12的电流72的阈值76调整到与实现冲击机构14的期望参数相关的水平。具体而言，在示例性实施例中，冲击工具10具有限制到阈值76的有限电流72，以实现锤部102的期望回弹角度。如图5中所示，速度70在电流72受到限制的时段78期间是线性的并且在其它地方是非线性的，类似于上面关于图4所描述的。此外，因为电流72与图4的电流62相比进一步受限，所以各冲击之间的时间段80大于图4的实施例以及图3的实施例的时间段。此外，由于限流，与图3的实施例相比，锤部102的最大速度82和最小速度84在大小上更小。再次，然而，速度仍然充分增加，以产生必要的冲击。还应该理解的是，对电流阈值76的调整导致速度波形70可以与锤部102的期望回弹角度相关联。

由于各种电流限制方案，转子26直接地联接至冲击机构14是安全的，如在图2的42处所示。因此，冲击工具10可以采用不同的冲击机构，否则这些冲击机构仅为空气马达冲击工具保留。例如，并且如以上指出的，在一些实施例中，冲击工具10的冲击机构14可以实施为摆动配重型冲击机构或滑跃型冲击机构。参考图6A-图9示出和描述了那些类型的冲击机构的示例性实施例。

现在参考图6A和图6B，示出了可以与冲击工具10一起使用的摆动配重冲击机构100的一个示例性实施例。具体而言，图6A从冲击工具10的前端22的视角示出了冲击机构14的剖面，而图6B从冲击工具10的后端24的视角示出了冲击机构100的剖面。应理解的是，冲击机构100类似于Maurer型冲击机构。

冲击机构100示例性地包括锤部102、锤砧104、锤部框架106、枢转销108和保持销110。如在图6A中可以看到的，锤砧104沿轴线20延伸穿过形成于锤部102中的空隙112(使得锤砧104部分地设置在空隙112中)。空隙112由锤部102的内表面114和一对冲击卡爪116、118限定，该对冲击卡爪从内表面114(朝向轴线20)向内延伸，如图6A中所示。冲击卡爪116包括冲击面120，并且冲击卡爪118包括冲击面122。每个冲击面120、122被构造为冲击锤砧104的相应冲击面124、126(取决于锤部102的旋转方向)，如下面进一步描述的。

锤部102由锤部框架106支撑，以便随之围绕轴线20旋转。具体而言，锤部102经由枢转销108枢转地联接至锤部框架106，该枢转销沿大体平行于轴线20并与轴线20间隔开的轴线128设置。如图6A中所示，枢转凹槽130和保持凹槽132各自在锤部102的相对侧上形成在锤部102的外表面134中。在示例性实施例中，枢转凹槽130和保持凹槽132各自大致平行于轴线20延伸。枢转销108联接至锤部框架106的一侧并且被接收在锤部102的枢转凹槽130中，而保持销110联接至锤部框架106的相对侧并且被接收在保持凹槽132中。保持凹槽132和保持销110被构造为限制锤部102可围绕枢转销108枢转的距离。

从图6A和图6B中可以理解的是，当锤部框架106围绕轴线20旋转时，枢转销108(以及因而轴线128)将围绕轴线20旋转。因此，锤部102被构造为围绕枢转销108(即，围绕轴线128)枢转并且围绕轴线20旋转。当然，由于锤部102围绕枢转销108的枢转，当锤部102围绕轴线20旋转时，锤部102的中心可以遵循复杂的非圆形路径。

锤砧104包括圆柱形本体136和从圆柱形本体136向外(即，相对于轴线20沿径向方向)延伸的凸耳138。锤砧104的圆柱形本体136在形状上为大体圆柱形，但可以包括变化截面的部段。如以上指出的，锤砧104可以与输出驱动器16一体地形成或联接至输出驱动器，使得锤砧104的旋转驱动输出驱动器16的旋转。锤砧104的凸耳138包括冲击面126，当锤部102沿拧紧方向140(例如，从冲击工具10的后端24的视角沿顺时针方向)旋转时，冲击面126受到锤部102的冲击面122冲击。锤砧104的凸耳138还包括冲击面124，当锤部102沿松开方向142(例如，从冲击工具10的后端24的视角沿逆时针方向)旋转时，冲击面124受到锤部102的冲击面120冲击。

在示例性实施例中，锤部框架106经由锤部框架与转子之间的花键接口144刚性地联接至电马达12的转子26。也就是说，在示例性实施例中，转子26包括花键，所述花键紧密地联接至锤部框架106的花键接口144，以在电马达12与冲击机构14之间形成刚性联轴器42。当然，在其它实施例中，可以以其它方式形成刚性联轴器42。这样，转子26的旋转驱动锤部框架106围绕轴线20旋转，这进而驱动锤部102围绕轴线20旋转。

在冲击机构100的操作期间，电马达12驱动锤部框架106的旋转，该锤部框架通过枢转销108枢转地联接至锤部102。因此，锤部框架106驱动锤部102沿与锤部框架106的旋转方向相同的方向旋转。当锤部102围绕锤砧104旋转时，锤部102的前导冲击面120、122(取决于旋转方向)将冲击锤砧104的相应冲击面124、126，从而在锤砧104上施加扭矩并使锤部102回弹。举例来说，如果锤部102在与锤砧104冲击之前沿方向140运行，则锤部102在冲击之后将沿方向142回弹(例如，在用冲击工具10拧紧紧固件期间)。

现在参考图7A和图7B，示出了可以与冲击工具10一起使用的摆动配重冲击机构200的另一示例性实施例。具体而言，图7A从冲击工具10的前端22的视角示出了冲击机构200的剖面，而图7B从冲击工具10的后端24的视角示出了冲击机构200的剖面。冲击机构200类似于冲击机构100；然而，与冲击机构100不同，示例性冲击机构200包括驱动锤部102旋转的凸轮板150。

在示例性实施例中，凸轮板150经由凸轮板与转子之间的示例性花键接口152刚性地联接至电马达12的转子26。当然，在其它实施例中，可以以其它方式形成电马达12与冲击机构14之间的刚性联轴器42。如图7B中最佳所示，凸轮板150包括限定在其中的孔154，当组装冲击机构200时，锤部102的连杆156设置在该孔内。凸轮板150被构造为当凸轮板150围绕轴线20的旋转由电马达12驱动时驱动锤部102(经由连杆156)围绕轴线20旋转。凸轮板150还用来将锤部102朝向脱离位置偏压，在脱离位置，锤部102的前导冲击面120、122(取决于旋转方向)不会冲击锤砧104的凸耳138的相应冲击面124、126。换言之，凸轮板150向锤部102施加包括沿径向向外方向(例如，远离轴线20)的力分量的力。

在冲击工具10的操作期间，电马达12驱动凸轮板150围绕轴线20旋转，使得凸轮板150驱动锤部102围绕轴线20旋转。也就是说，凸轮板150沿相同的旋转方向推动锤部102的连杆156，从而驱动锤部102自身以及枢转联接的锤部框架106围绕轴线20的旋转。当锤部102围绕锤砧104旋转时，锤砧104的凸耳138与锤部102的内表面114相互作用以将锤部102移动到接合位置(克服由凸轮板150施加的径向向外偏压力)。当处于接合位置时，锤部102继续围绕锤砧104旋转，直到锤部102的前导冲击面120、122(取决于旋转方向)冲击锤砧104的凸耳138的相应冲击面124、126(如图7A中所示，针对旋转方向140)。在冲击时，锤部102将扭矩输送到锤砧104并沿与锤部102在冲击之前的旋转方向相反的方向从锤砧104回弹。也就是说，锤砧104将反作用力施加到锤部102，这引起如上所述的锤部102的回弹(即，该反作用力倾向于使锤部102的前导冲击面120、122与锤砧104的相应冲击面124、126分离)。

现在参考图8A和图8B，示出了可以与冲击工具10一起使用的摆动配重冲击机构300的又一实施例。具体而言，图8A从冲击工具10的前端22的视角示出了冲击机构300的剖面，而图8B从冲击工具10的后端24的视角示出了冲击机构300的剖面。应当理解的是，冲击机构300类似于“摇滚”型冲击机构。尽管各部件的尺寸和定向不同，但是冲击机构300包括与上述冲击机构200类似的特征。例如，冲击机构300包括锤部102、锤砧104、锤部框架106、凸轮板150和枢转销108。然而，与冲击机构200不同，冲击机构300的锤部102没有形成空隙。相反，如图8A中所示，锤部102具有飞旋镖形状，其通过枢转销108枢转地联接至锤部框架106。这种不同的构造导致冲击机构300的锤部102在与锤砧104冲击期间处于受压(其可以与在与锤砧104冲击期间处于拉伸的冲击机构200的锤部102形成对比)。类似于冲击机构200，锤部102包括冲击面120和冲击面122。

此外，冲击机构300的操作大致类似于冲击机构200的操作。例如，在包括冲击机构300的冲击工具10的操作期间，电马达12经由花键接口152驱动凸轮板150旋转。凸轮板150进而经由连杆156驱动锤部102旋转。在与锤砧104冲击时，锤部102将扭矩施加到锤砧104并沿相反方向从锤砧104回弹。此外，与冲击机构200的凸轮板150一样，冲击机构300的凸轮板150将锤部102相对于锤砧104朝向脱离位置(例如，相对于轴线20径向向外)偏压。虽然冲击机构300示出了凸轮板150经由花键接口152刚性地联接至转子26，但是在其它实施例中，可以以其它方式形成转子26与凸轮板150之间的刚性联轴器42(例如，通过转子26和凸轮板150的一体形成)。

现在参考图9，示出了可以与冲击工具10一起使用的冲击机构400的再一实施例。具体而言，图9示出了类似于“滑跃”型冲击机构的冲击机构400的侧视剖视图。与冲击机构100、200、300不同，冲击机构400不是摆动配重式冲击机构。相反，示例性冲击机构400的锤部102直接地刚性联接至电马达12的转子26以便随之旋转。如图所示，示例性冲击机构400包括锤部102、锤砧104、轴160、凸轮162、凸轮从动件164和弹簧166。

如图9中所示，冲击机构400的各个部件沿轴线20设置，以便围绕轴线20旋转和/或沿轴线20移动。在示例性实施例中，轴160沿轴线20设置并且具有花键、键块或被构造为允许凸轮162沿轴线20移动并防止凸轮162绕轴160旋转的其它几何形状。弹簧166偏压凸轮162沿轴线20远离锤砧104(即，朝向冲击工具10的后端24)。如在示例性实施例中所示，凸轮从动件164固定至锤部102的内壁172，并因此被构造为随之旋转。此外，凸轮162沿着凸轮162的被构造为接触凸轮从动件164的面170包括成角度的突起168(例如，三角形或“滑跃”形状的突起)。这样，在操作期间，锤部102围绕轴线20旋转，使得凸轮从动件164沿凸轮面170移动。在旋转时，凸轮从动件164向上移动成角度的突起168，并且由于突然上升，朝向锤砧104向前推动锤部卡爪118，使得旋转击打为如上所述的撞击。弹簧166使锤部卡爪118与锤砧104脱离接合，并且该过程重复。应理解的是，“销式”冲击机构以类似的方式操作；然而，在这样的实施例中，一个或多个销(例如，类似于锤部卡爪)被向前推动，而不是锤部102本身的一部分。

再次，本领域技术人员在阅读本公开内容时将理解，尽管这些冲击机构类型与空气马达型冲击工具一起使用而存在，但由于前面讨论的原因，它们之前尚未用在电马达驱动的冲击工具上。实际上，这些类型的直接联接和驱动的冲击机构可能损坏常规的电冲击工具机构方案。锤部回弹会导致输送到电马达的电流浪涌。在本公开的上下文中，电流受到比如上述那些各种机构中的一种限制的能力允许转子反向，而不会形成显著的浪涌，或者允许电流长时间地保持在临界水平之上。

虽然已经在附图和前面的描述中详细描述了某些示例性实施例，但是这种图示和描述被认为是示例性的而不是限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了示例性实施例，并且期望保护落入本公开的精神内的所有改变和变型。例如，虽然冲击机构14已经示例性地示出并描述为包括一个锤部102，但是应理解的是，本公开的构思也可以应用于包括两个或更多个锤部的冲击机构。

由于本文描述的设备、系统和方法的各种特征，本公开具有多个优点。应指出的是，本公开的设备、系统和方法的替代实施例可以不包括所描述的所有特征，但仍然受益于这些特征的至少一些优点。本领域技术人员可以容易地设计包括本公开的特征中的一个或多个的他们自己的设备、系统和方法的实施方式。

Claims (21)

1.一种冲击工具，包括：

冲击机构，其包括锤部和锤砧，所述锤部被构造为围绕第一轴线旋转并周期性地冲击所述锤砧，以驱动所述锤砧围绕所述第一轴线旋转；

电马达，其包括联接至所述冲击机构的转子，所述电马达被构造为驱动所述锤部围绕所述第一轴线旋转；

其中，所述马达使所述锤部沿第一方向旋转，并且当所述锤部周期性地冲击所述锤砧时，所述锤部使所述转子周期性地停止沿所述第一方向的旋转；以及

控制电路，其向所述电马达供应电流并限制供应给所述电马达的电流；

其中，所述转子直接地联接到所述冲击机构。

2.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，当电流超过阈值时，所述控制电路通过禁止电流供应来限制供应给所述电马达的电流。

3.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，所述控制电路响应于所述锤部冲击所述锤砧而限制供应给所述电马达的电流。

4.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，所述控制电路包括脉冲宽度调制电路和电流测量电路，其对于电流超过所述电马达的特定阈值的每个顺序循环禁止向所述电马达供应电流。

5.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，所述控制电路指示所述电马达的电流限制。

6.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，所述控制电路包括电子控制器，以确定所述锤部是否冲击所述锤砧并防止所述电流超过阈值。

7.根据权利要求2所述的冲击工具，其中，所述控制电路包括电子控制器，以确定所述冲击机构的期望参数并将所述阈值调整到与实现所述冲击机构的期望参数相关联的水平。

8.根据权利要求7所述的冲击工具，其中，所述期望参数是由所述锤部实现的旋转速度、所述锤部在冲击时输送到所述锤砧的扭矩、所述锤部在冲击所述锤砧之后的回弹角度、或所述锤部冲击所述锤砧的频率中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，所述锤部直接地联接至所述转子以便随之围绕所述第一轴线旋转，并且所述锤部包括锤部卡爪，所述锤部卡爪被构造为在脱离位置与接合位置之间平行于所述第一轴线平移，使得所述锤部卡爪在处于接合位置时冲击所述锤砧。

10.根据权利要求1所述的冲击工具，其中，所述冲击机构进一步包括锤部框架，所述锤部框架支撑所述锤部以便围绕所述第一轴线旋转，所述锤部枢转地联接至所述锤部框架，使得所述锤部进一步被构造为围绕不同于所述第一轴线的第二轴线枢转。

11.根据权利要求10所述的冲击工具，其中，所述锤部框架通过选自由所述锤部框架与所述转子之间的花键连接组成的组中的连接直接地联接至所述转子，并且所述锤部框架和所述转子一体地形成为整体部件。

12.根据权利要求9所述的冲击工具，其中，所述冲击机构进一步包括凸轮板，所述凸轮板被构造为驱动所述锤部围绕所述第一轴线旋转，所述凸轮板通过所述凸轮板与所述转子之间的花键连接刚性地联接至所述转子。

13.根据权利要求9所述的冲击工具，其中，所述冲击机构进一步包括凸轮板，所述凸轮板构造为驱动所述锤部绕所述第一轴线旋转，所述凸轮板和所述转子一体地形成为整体部件。

14.一种冲击工具，包括：

摆动配重冲击机构，其包括锤部框架和锤砧，所述锤部框架支撑围绕第一轴线旋转的锤部，所述锤部枢转地联接至所述锤部框架，使得所述锤部还被构造为围绕不同于所述第一轴线的第二轴线枢转，所述锤砧被构造为在由所述锤部冲击时围绕所述第一轴线旋转；以及

电马达，其包括直接地联接至所述摆动配重冲击机构的转子，所述电马达被构造为驱动所述锤部围绕所述第一轴线沿第一方向旋转；

其中，所述转子直接地联接至所述摆动配重冲击机构，使得所述转子沿所述第一方向的旋转使所述锤部沿所述第一方向旋转，并且当所述锤部停止沿所述第一方向的旋转时，所述转子同时停止沿所述第一方向的旋转。

15.根据权利要求14所述的冲击工具，其中，所述锤部框架通过选自由所述锤部框架与所述转子之间的花键、六角形、星形、D形和方形连接组成的组中的连接直接地联接至所述转子，并且所述锤部框架和所述转子一体地形成为整体部件。

16.根据权利要求14所述的冲击工具，其中，所述摆动配重冲击机构进一步包括凸轮板，所述凸轮板被构造为驱动所述锤部围绕所述第一轴线旋转，所述凸轮板通过所述凸轮板与所述转子之间的花键连接刚性地联接至所述转子。

17.根据权利要求14所述的冲击工具，其中，所述摆动配重冲击机构进一步包括凸轮板，以驱动所述锤部围绕所述第一轴线旋转，所述凸轮板和所述转子一体地形成为整体部件。

18.一种冲击工具，包括：

电马达，其包括被构造为围绕第一轴线旋转的转子；以及

冲击机构，其包括锤部和锤砧，所述锤部被构造为围绕所述第一轴线旋转，并且所述锤砧被构造为当由所述锤部冲击时围绕所述第一轴线旋转；

其中，所述锤部包括锤部基座和锤部卡爪，所述锤部基座直接地联接至所述转子，以随之围绕所述第一轴线旋转，所述锤部卡爪被构造为响应于所述锤部基座围绕所述第一轴线的旋转在脱离位置与接合位置之间平行于所述第一轴线平移，使得所述锤部卡爪围绕所述第一轴线旋转，而不会在处于所述脱离位置时冲击所述锤砧，并且当处于所述接合位置时冲击所述锤砧；

其中，所述转子直接地联接至所述锤部基座，使得所述转子围绕所述第一轴线沿第一方向的旋转使所述锤部围绕所述第一轴线沿所述第一方向旋转，并且当所述锤部停止围绕所述第一轴线沿所述第一方向的旋转时，所述转子同时停止围绕所述第一轴线沿所述第一方向的旋转。

19.根据权利要求18所述的冲击工具，其中，所述锤部基座和所述锤部卡爪一体地形成为整体部件。

20.根据权利要求18所述的冲击工具，其中，所述锤部进一步包括销，所述销由所述锤部基座支撑并且被构造为响应于所述锤部基座围绕所述第一轴线的旋转而平行于所述第一轴线平移，所述锤部卡爪形成在所述销上。

21.根据权利要求18所述的冲击工具，进一步包括控制电路，其向所述电马达供应电流并响应于所述锤部冲击所述锤砧而限制供应给所述电马达的电流。

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