CN112313479A - 用于动力工具的致动器装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种包括致动器装置的动力工具，其中，所述致动器装置包括可移动的触发器构件和传感器装置，所述触发器构件包括至少一个磁性元件，所述传感器装置响应于所述磁性元件与所述可移动的触发器构件一起相对于所述传感器装置的位移，并且所述传感器装置包括模拟磁场传感器、第一数字磁场传感器和第二数字磁场传感器。本公开进一步涉及一种用于校准用于动力工具中包括的致动器装置的传感器装置的方法。

Description

用于动力工具的致动器装置

技术领域

本发明总体上涉及动力工具，更具体地涉及一种具有致动器装置的动力工具以及一种方法，所述致动器装置包括可移动的触发器构件和传感器装置，所述方法用于校准所述装置。

背景技术

动力工具(例如手持式动力工具)通常包括致动机构，操作者借助于该致动机构可以开启或关断工具，即启用和停用工具。这种机构的示例包括开/关按钮和含触发器的致动机构，使用者可以按压所述触发器以例如起动动力工具。还已知的是，与简单的开/关功能相比，触发器提供对工具的更精确控制。一个示例是包括滑动触头的触发器机构，其中触头与触发器构件的回撤联同地移动，从而在触发器的移动过程中提供控制可能性。但是，这样的设备往往比传统的触发器更复杂，因此更昂贵。更重要的是，滑动触头的一个主要问题是这样的触头遭受严重的磨损，因此使用寿命往往比预期的短。

为了缓解一些这样的缺点，亦即为了借助于触发器构件来获得对动力工具行为的更精确的控制而没有使用寿命较短的缺点，已经提出了非接触式传感器。这样的传感器的一个示例是所谓的磁场传感器。当使用这样的传感器时，可以通过磁场传感器来感测在可移动触发器中布置的磁性元件的磁场。然而，这些传感器关联有各种缺点，例如传感器之间的行为分散潜在地使得触发器装置本身的精确性以及传感器对外部干扰场的敏感性降低。因此，在具有这样的传感器装置的动力工具领域中需要进行改善。

发明内容

因此，期望提供一种包括改善的致动器装置的动力工具。特别地，期望提供一种包括致动器装置的动力工具，所述致动器装置包括磁场传感器，所述磁场传感器向动力工具提供改善的控制和功能。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，提供了如在独立权利要求中所限定的包括致动器装置的动力工具和相应方法。从属权利要求中限定了优选的实施方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括致动器装置的动力工具，其中，所述致动器装置包括可移动的触发器构件和传感器装置，所述触发器构件包括至少一个磁性元件，所述传感器装置响应于所述磁性元件与所述可移动的触发器构件一起相对于所述传感器装置的位移，并且所述传感器装置包括模拟磁场传感器、第一数字磁场传感器和第二数字磁场传感器。

根据第一方面，动力工具借助于如下设计为上述问题提供本发明的解决方案，所述设计包括：多个磁场传感器；以及由可移动的触发器构件包括或在可移动的触发器构件处布置的磁性元件。更特别地，模拟磁场传感器(有时也称为线性磁场传感器)提供与磁场强度成比例的信号，两个数字传感器各自提供限定的离散的开关点(switching point)，借助于所述模拟磁场传感器和所述两个数字传感器的本发明的组合，可以显著改善致动器装置的控制和精确性的水平，因此显著改善动力工具。模拟传感器提供与磁性元件(可以为例如永磁体或者包括例如永磁体)产生的磁场(该磁场随着磁性元件与可移动的触发器构件一起相对于传感器装置位移而变化)成比例的信号，因此借助于触发器构件来提供精确的控制。另一方面，数字传感器向装置提供改善的控制和精确性，从而大大减少了与例如模拟传感器之间的响应分散(scatter)有关的已知问题。这例如通过提供限定的开关点来进行，借助于所述开关点可以在某种意义上对模拟传感器进行校准，或者至少借助于所述开关点可以通过将一个或两个数字传感器的确定的开关点用作固定参考来确定线性传感器的起动点。因此，可以利用使用非接触式模拟磁场传感器的优点，同时可以避免或至少减缓与例如传感器之间的分散有关的已知问题。因此，与本领域中已知的情况相比，由于工具致动器装置向用户(其通过按压触发器来控制工作过程)提供精确的控制，所以可以显著促进所执行的工作质量以及对工具的操纵。

因此，在一些实施方案中，触发器构件可以被描述为能够在第一位置与第二位置之间移动，其中触发器构件和磁性元件在第一位置与第二位置之间的移动可以由传感器装置感测到。换言之，模拟磁场传感器、第一数字磁场传感器和第二数字磁场传感器中的每一者均可以适于感测磁性元件相对于传感器装置的位移，亦即每个传感器可以响应于因磁性元件与可移动的触发器构件一起位移而引起的磁场(其由磁性元件产生)变化。此外，模拟传感器元件可以适于产生与磁场成比例的输出信号。为了完整起见，贯穿本说明书，术语模拟磁场传感器和线性磁场传感器可互换使用，并且是指提供与磁性元件产生的磁场成比例的输出信号(即输出电压)的传感器。另一方面，数字传感器元件还可以适于产生输出信号，或者以数字传感器响应(即开关)的形式应答，以表示已经达到磁场强度的某个预定水平。为了完整起见，尽管在本说明书中将磁性元件描述为布置在触发器构件中并且能够与触发器构件一起移动，但是可以设想其它实施方案，其中传感器装置代替地布置在可移动的触发器构件中，并且磁性元件是固定的。然而，至少出于实际原因，这可能不太合理或不那么有利。

上文描述的传感器类型可以感测存在的任何磁场，包括存在的任何外部磁场，这样因工具可能潜在地由这种外部磁场起动而会构成安全隐患。然而，本发明的包括两个数字磁场传感器的设计也是有利的，因为这两个传感器可以用于检测这种外部磁场的存在，从而改善工具的安全性。例如，在一些实施方案中，数字传感器可以被物理地布置成使得在触发器构件的正常操作期间，当在按压触发器构件的过程中由磁性元件产生的磁场沿着传感器元件行进时，数字传感器之一应当表示为增大的磁场(借助于开关)，另一个应当表示为下降或减小(借助于开关)。由此，可以推定正常操作并且可以启动工具。然而，如果存在外部磁场，则两个传感器均表示为增大的磁场，可以发起工具的警告或锁定，从而防止工具的任意启动。本发明的设计的另一个优点是，除了上文描述的用于识别潜在危险的外部场的功能之外，本发明的模拟传感器还可以提供与感测到的磁场的实际强度有关的信息，而数字传感器可能仅提供表示已达到一定水平的开关点。因此，可以通过使用预定的界限来提供用于防止工具的意外启动的初始保护，磁场强度应在所述预定的界限内以便允许启动。

在一些实施方案中，可以借助于控制单元或类似物来执行上文所述的功能。在其它实施方案中，如果这样的软件在某个预定的时间段内未执行功能，则传感器装置可以适于提供停止/开关工具的功能。因此，在一些实施方案中，动力工具进一步包括电路和/或控制单元，所述电路和/或控制单元被配置为根据上述内容来控制动力工具。更特别地，在一些实施方案中，这样的控制单元可以操作为：响应于触发器构件的移动，基于来自传感器装置所包括的传感器中的至少一个传感器的输出来控制动力工具。可以设想这样的实施方案，即其中外部动力工具控制器被配置为根据前述内容来控制动力工具。

在使用中，当操作者按压触发器以例如启动工具时，可移动的触发器构件以及因此磁性元件沿着传感器装置移动，使得由磁性元件产生的磁场可以被所述装置的不同传感器感测到。作出响应的传感器提供输出，其中数字磁场传感器各自提供数字开关点，同时在另一方面模拟传感器提供与磁场成比例的响应，因此与触发器构件的位置(即按压程度)成比例的响应。因此，使用者可以通过将触发器构件从第一或初始起动点移动到第二或最终位置来控制工具的输出。当操作员希望停止/停用工具时，可以释放触发器。关于当在第一位置与第二位置之间按压触发器时借助于线性传感器来控制工具的行为，可以采用各种策略，其中示例包括线性(linear)行为、渐进(progressive)行为以及各种类型的斜坡(ramping)或类似行为。此外，例如，当钻入多层材料时，可以利用两步(或多步)控制。在一些实施方案中，借助于线性磁场传感器的控制可以仅限于操作的初始阶段，以提供例如操作员控制的缓慢起动。此外，在所限定的范围内还可以设想其它功能。例如，在一些实施方案中，动力工具可以包括适于例如照亮工件的灯，例如led灯。这种灯的强度/亮度可以借助于权利要求1的致动器装置来改变。在一些实施方案中，动力工具还可以包括诸如图形用户界面(GUI)的用户界面，其中装置的触发器构件可以用于以方便的方式导航菜单。例如，对触发器的较大程度的按压可以致使在GUI中提供的菜单、列表等中更快地滚动。

根据一个实施方案，工具是手持工具。动力工具在一些实施方案中可以是电动工具，在一个示例性实施方案中工具可以是电池供电的工具。在一个有利的实施方案中，动力工具是钻机，例如电池供电的钻机。对于这种工具，提供改善的所谓“缓慢起动”例如使控制钻孔的初始阶段的可能性提高。然而，技术人员可意识到在本发明的范围内可设想任何其它类型的动力工具。此外，技术人员可意识到本发明也可以被实现为与动力工具一起使用的独立式(即单独的)致动器装置，即适于附接到动力工具或布置在动力工具上或内的致动器装置。

根据一个实施方案，传感器装置布置成使得由该装置所包括的传感器至少在第一方向上被相继地(即一个接着一个地)布置。例如，在此范围内，传感器可以沿着在第一方向上延伸的轴线布置在相继的位置处。传感器的位置可以进一步沿着垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二轴线是相继的或相等的。由此，传感器可以例如布置在沿第一方向延伸的轴线的不同侧上。在一些实施方案中，仅第一和第二数字传感器可以被相继地布置。沿着每个轴线的传感器的顺序在任何情况下都是任选的。

根据一个实施方案，由传感器装置包括的传感器被线性地布置。例如，可以沿着上述第一方向上延伸的轴线或假想线来线性地布置传感器。这样的布置是有利的，因为如由每个传感器感测到的磁性元件产生的磁场可以更强。根据一个实施方案，模拟传感器布置在第一数字磁场传感器与第二数字磁场传感器之间。例如，可以沿着上述轴线来线性地布置传感器，使得第一模拟传感器沿着轴线布置在第一数字传感器与第二数字传感器之间。因为例如传感器的精确性可以进一步受益，所以这样是有利的。根据一个实施方案，第一方向与可移动的触发器构件移动(亦即当按压触发器时，触发器构件沿着假想线或至少平行于假想线移动)的方向一致。

传感器之间的距离在很大程度上是基于人体工程学的考虑，即基于期望的行程长度来确定的。这继而基于磁场、传感器的类型和磁性元件的极性来给出传感器的布置。例如，在一个实施方案中，传感器可以沿着轴线被线性地布置，并且模拟传感器可以布置在第一数字磁场传感器与第二数字磁场传感器之间，使得第一数字传感器与模拟传感器之间的距离小于第二数字传感器与模拟传感器之间的距离。例如，在一个实施方案中，第一数字传感器与模拟传感器之间的距离在1至5mm，优选1至3mm的大致区间中，而第二数字传感器与模拟传感器之间的距离在5至12mm，优选7至10mm的大致区间中。所有距离是指沿着轴线(沿着该轴线来线性地布置传感器)测量的在相邻边缘之间的距离。

根据一个实施方案，可移动的触发器构件包括突出元件，并且磁性元件布置在突出元件中。此外，在一些实施方案中，当按压触发器时，突出元件适于沿着上述假想线移动。根据一个实施方案，突出元件包括凹部，并且磁性元件装配在凹部中。这是突出元件本身的特别优点：有助于磁性元件的安装，并且传感器的位置被清楚地限定，从而减少了工具之间的差异。在一些实施方案中，磁性元件可以压配在凹部中。在其它实施方案中，磁性元件可以粘合至凹部。根据一个实施方案，磁性元件布置在突出元件的第一端部处。

根据一个实施方案，传感器装置布置在电路板的表面上，其中突出元件包括支撑脊部，所述支撑脊部沿着突出元件延伸并且适于滑动地抵靠电路板的表面，并且其中电路板包括支撑部分，突出元件可以沿着支撑部分滑动地支承。这是特别有利的：其允许这样的设计，即因为由支撑脊部提供的机械引导防止了突出元件损伤传感器或甚至使传感器松开，所以可移动的部件，亦即触发器构件以及因此由其包括的突出元件，可以被定位成尽可能地靠近磁场传感器。在一些实施方案中，支撑部分至少平行于第一方向延伸。此外，在一些实施方案中，电路板的支撑部分是保持没有组件的部分。

根据一个实施方案，由传感器装置包括的传感器中的至少一个是霍尔效应传感器。

根据一个实施方案，工具进一步包括壳体，触发器构件至少部分地由壳体支撑并且相对于壳体可移动地布置。在一些实施方案中，动力工具可以进一步包括布置在壳体中的电机和连接至电机的输出轴，使得可以通过触发器构件相对于壳体移动(即按压触发器构件)来控制电机和/或输出轴的rpm。在一些实施方案中，动力工具可以进一步包括弹簧元件，所述弹簧元件适于将触发器构件偏置到第一位置，例如起动或初始位置，例如触发器构件在按压阶段中被释放时返回到该初始位置。此外，根据一个实施方案，传感器装置布置在壳体中。这样的传感器装置可以布置在壳体内的电路板上。

根据一个实施方案，可移动的触发器构件包括第一引导元件和第二引导元件，所述第一引导元件适于在组装期间沿着壳体的在第一平面中的引导表面滑动，所述第二引导元件适于在组装期间抵靠壳体的在与第一平面不同的第二平面中的第二引导表面，使得触发器构件被引导到适当位置。因此，提供引导使得构件可以在组装期间沿着明确限定的路径滑动到适当位置，并且还使得以下情况不太可能发生：触发器在组装期间偶然地以例如不太有利的角度被迫入位，从而有可能损坏构件本身和/或附近布置的组件(例如工具的电子组件)。这在以下方面特别有利：可以在传感器元件的位置处获得更强的磁场，因为由于在组装期间的精确路径，触发器构件可以被布置成使得磁性元件在非常靠近磁传感器元件的位置移动。在其它实施方案中，触发器构件可以包括适于支撑例如按压触发器构件的手指的支撑部分，所述支撑部分沿着触发器构件的移动方向延伸。这样的部分可以是有利的：可以借助于与触发器构件一起移动的支撑部分而不是沿着工具壳体滑动的手指来支撑动力工具的至少一部分重量，从而缓解了与如下有关的已知问题：操作者的手指被夹在工具与触发器之间。因此，触发器和工具的人体工程学得到改善。

根据本发明的第二方面，提供一种用于校准动力工具中包括的致动器装置的传感器装置的方法，所述传感器装置至少包括模拟磁场传感器和第一数字磁场传感器，所述方法包括以下步骤：通过按压触发器构件来使触发器构件所包括的磁性元件沿着传感器装置位移；提取(或监测)第一模拟磁传感器的响应；提取(或监测)第一数字磁传感器的响应；确定第一数字传感器的开关点；以及将确定的开关点用作模拟磁传感器的起动点的固定参考(以确定触发器行程应何时起动)。换言之，数字传感器可以用于提供限定的开关点，借助于所述开关点可以校准线性传感器，因为可以将数字传感器的确定的开关点用作固定参考来确定起动点。

在一个实施方案中，当执行这种方法时，可以首先将组装的工具设置为校准状态。这可以借助于合适的开关、按钮等来执行。最初将触发器保持在初始阶段，并且在按压触发器时使用适当的采样频率来监测传感器的输出。更具体地，特别在数字传感器响应的点处即在数字传感器的开关点处监测线性模拟传感器的值。由此，确定出触发器行程的起动点，并且消除了与线性传感器的响应分散有关的任何误差源，因此可以在不同工具之间协调行为。此外，在一些实施方案中，设置预定参考值或间隔，传感器的输出或传感器可以与所述预定参考值或间隔比较。这是有利的：可以将不同于该参考值的值用作诸如组装错误或组件故障的问题的指示。

根据本发明第二方面的一个实施方案，传感器装置进一步包括第二数字磁传感器，并且方法进一步包括以下步骤：确定第二数字传感器的开关点；以及将确定的开关点用作模拟磁传感器的起动点的固定参考，以确定触发器行程应何时起动。这可以是有利的：可以向该方法提供冗余和改善的精确性。此外，如上所述，使用两个数字传感器还有利于防止因外部磁场而引起意外启动工具。

根据第二方面的一个实施方案，方法进一步包括以下步骤：通过完全按压触发器构件来确定触发器行程应终止时的最大点。例如，根据一个实施方案，最大点可以是达到最大rpm的位置。在一些实施方案中，该位置可以是在最大按压之前达到预定距离的位置。

当研究以下详细公开内容、附图和所附权利要求时，本发明进一步的目的、特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员可意识到，可以组合本发明的不同特征来创建除了以下描述的那些实施方案以外的实施方案。

附图说明

参考附图，通过以下对优选实施方案的说明性和非限制性的详细描述，将会更好地理解本发明，其中：

图1是根据一个实施方案布置在螺栓张紧工具的壳体中的触发器构件的立体图。

图2是根据本发明一个实施方案的螺栓张紧工具的触发器构件的立体图。

图3是根据示例性实施方案的传感器装置的示意图。

所有附图都是示意性的，不必按比例绘制，并且通常仅示出了阐明本发明所必需的部件，其中其它部件可以被省略或仅仅是被建议的。

具体实施方式

在图1中以半横截面图示出了根据一个实施方案包括致动器装置20的动力工具10，其中示出了布置在动力工具的壳体11中的可移动的触发器构件30。触发器构件能够在第一方向D1上相对于壳体移动，并且包括在第一方向上延伸的上部伸长部分31和基本在垂直于第一方向D1的第二方向D2上延伸的下部按压部分32，所述下部按压部分32适于由操作员按下以控制工具1。上部伸长部分31适于依靠于操作者的手指上，使得触发器构件30可以相对于壳体11自由滑动，而不会冒有任何对手指干扰或伤害的风险，而且还允许使用者承担一些工具的重量10。还在图1中示出的是触发器构件的突出元件33、第一引导元件34和第二引导元件35。将参考图2来更详细地描述这些特征。在图1中以一半示出的壳体11适于支撑可移动的触发器构件30并且因此包括引导表面11a和第二引导表面11b，所述引导表面11a和第二引导表面11b尤其适于帮助触发器构件和附加引导结构14的安装，所述引导结构14包括供触发器构件30的突出部分33延伸穿过的孔。

转到以立体图示出触发器构件30的图2，可以更详细地观察突出元件33。突出元件在第一端部33a处包括布置有(例如永磁体的)磁性元件(未示出)的凹部33b。突出元件的第一端部具有半圆形的横截面。由此，突出元件可以与电路板或类似物及其上布置的组件非常靠近地移动。而且尤其为了促进这种相互作用，突出元件33包括沿着突出元件延伸并且适于滑动地抵靠例如上述电路板的支撑脊部33c。

关于引导元件34和35，第一引导元件34布置成略微偏离触发构件30的中心线，并且适于在组装期间沿着壳体的表面11a滑动，从而将触发器构件30引导到适当位置以避免任何损伤，特别是避免突出元件对电路板上的组件的任何损伤。然而，当触发器构件30接近其组装位置时，引导舌部34卡扣到恰当的最终位置，从而确保触发器构件30的适当定位以及将触发器构件30锁定在适当位置。提供类似的功能，第二引导元件35适于抵靠壳体11b的表面13，从而在组装期间防止触发器构件30倾斜。

转到图3，其示出传感器装置的示例性实施方案。在所示的实施方案中，模拟霍尔效应传感器40以及第一和第二数字霍尔效应传感器50、60沿着线L-L线性地布置在电路板70的表面上。模拟传感器40布置在第一数字传感器50与第二数字传感器60之间。当按压触发器构件30时，布置在突出元件33的凹部中的磁性元件将沿着线性布置的传感器50、40、60移动，并且由磁体产生的磁场将因此影响每个传感器50、40、60。所提到的传感器之间的距离，例如传感器50和60之间的距离在很大程度上是基于人体工程学考虑来确定的。在图3所示的实施方案中，第一数字传感器50与模拟传感器40之间的距离约为2mm，而第二数字传感器60与模拟传感器40之间的距离约为10mm。

尽管已经在附图和前面的描述中详细地说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施方案。本领域技术人员理解，在所附权利要求限定的范围内，可以设想许多变型、变体和变更。此外，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，对附图、公开内容和所附权利要求书的研究后，可以理解和实现所公开的实施方案的变体。在权利要求中，用语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中仅记载某些手段的事实并不意味着不能有利地使用这些手段的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种动力工具，其包括致动器装置，其中，所述致动器装置包括可移动的触发器构件(30)和传感器装置(40、50、60)，所述触发器构件包括至少一个磁性元件，所述传感器装置响应于所述磁性元件与可移动的触发器构件(30)一起相对于所述传感器装置的位移，并且所述传感器装置包括：

模拟磁场传感器(40)；

第一数字磁场传感器(50)；和

第二数字磁场传感器(60)。

2.根据权利要求1所述的动力工具，其中，所述传感器装置布置成使得所述传感器(40、50、60)至少在第一方向上相继地布置。

3.根据权利要求1或2所述的动力工具，其中，所述传感器装置中包括的传感器线性地布置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的动力工具，其中，所述模拟传感器布置在所述第一数字磁场传感器与所述第二数字磁场传感器之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的动力工具，其中，所述可移动的触发器构件(30)包括突出元件(33)，所述磁性元件布置在所述突出元件中。

6.根据权利要求5所述的动力工具，其中，所述突出元件(33)包括凹部(33b)，所述磁性元件装配在所述凹部中。

7.根据权利要求5或6所述的动力工具，其中，所述传感器装置布置在电路板(70)的表面上，所述突出元件包括支撑脊部(33a)，所述支撑脊部(33a)沿着所述突出元件延伸并且适于滑动地抵靠所述电路板的所述表面，并且所述电路板包括支撑部分，所述突出元件能够沿着所述支撑部分滑动地支承。

8.根据前述权利要求中任一项所述的动力工具，其中，所述传感器装置中包括的所述传感器中的至少一个是霍尔效应传感器。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的动力工具，其进一步包括壳体(11)，其中，所述触发器构件至少部分地由所述壳体支撑并且相对于所述壳体可移动地布置。

10.根据权利要求9所述的动力工具，其中，所述可移动的触发器构件包括：

第一引导元件(34)，其适于在组装期间沿着所述壳体在第一平面中的引导表面(11a)滑动，以及

第二引导元件(35)，其适于在组装期间抵靠所述壳体在不同于第一平面的第二平面中的第二引导表面(11b)，使得所述触发器构件被引导到位。

11.根据前述权利要求中任一项所述的动力工具，其中，所述工具是手持式工具。

12.一种用于校准用于动力工具中包括的致动器装置的传感器装置的方法，所述传感器装置至少包括模拟磁场传感器(40)和第一数字磁场传感器(50)，所述方法包括以下步骤：

-通过按压触发器构件(30)，使所述触发器构件中包括的磁性元件沿着所述传感器装置位移；

-提取所述第一模拟磁传感器的响应；

-提取所述第一数字磁传感器的响应；

-确定所述第一数字传感器的开关点；

-将确定的所述开关点用作所述模拟磁传感器的起动点的固定参考，从而确定触发器行程应何时起动。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括以下步骤：

-通过完全按压所述触发器构件(30)来确定触发器行程应终止时的最大点。

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