CN208729640U - 一种旋转动力工具和用于其的换能器组件 - Google Patents

Abstract

一种旋转动力工具和用于该动力工具的换能器组件，该换能器组件包括：附接到动力工具的壳体的支架；具有弓形外周面的突起。所述突起从所述支架的中心轴偏置并且沿与所述中心轴平行的方向从所述支架延伸。换能器组件还包括换能器，所述换能器具有带孔的内毂，通过所述孔容纳有所述突起的远端。所述突起的弓形外周面与至少部分地限定所述孔的壁段基本上呈线接触。换能器还包括附接到动力工具的环形齿轮的外边缘，将所述内毂连接到所述边缘的柔性腹板，以及附接到所述柔性腹板的传感器，用于响应于施加到所述环形齿轮的反作用扭矩来检测所述柔性腹板的应力。

Description

一种旋转动力工具和用于其的换能器组件

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2015年4月28日递交的序列No.62/153,859、于2016 年1月6日递交的序列No.62/275,469、于2016年2月8日递交的序列No. 62/292,566的审查中的美国临时专利申请的优先权。所有这些专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种动力工具，更具体地，涉及一种起子。

背景技术

旋转动力工具(例如，起子)通常包括限制可以施加到紧固件上的一定量的扭矩的机械离合器。例如，该机械离合器包括用户可调节的颈部，其用于选择用于操作工具的多个增量上不同扭矩设定中的一者。尽管该机械离合器用于增大或者减小工具的扭矩输出，但是其在一系列的紧固件驱动的操作期间对于传送精确的应用来说不是特别有用。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于动力工具的换能器组件，所述换能器组件包括壳体、电机、接收来自所述电机的扭矩的输出主轴、以及定位在所述电机与所述输出主轴之间的行星齿轮变速器。所述行星齿轮变速器包括环形齿轮。所述环形齿轮包括：附接到壳体的支架；包括弓形外周面的突起。所述突起从所述支架的中心轴偏置并且沿与所述中心轴平行的方向从所述支架延伸。所述换能器还包括：带孔的内毂，通过所述孔容纳有所述突起的远端。所述突起的弓形外周面与至少部分地限定所述孔的壁段基本上呈线接触。所述换能器还包括附接到所述环形齿轮的外边缘，将所述内毂连接到所述边缘的柔性腹板，以及附接到所述柔性腹板的传感器，用于响应于从所述输出主轴施加到所述环形齿轮的反作用扭矩来检测所述柔性腹板的应力。

本发明的另一方面提供了一种旋转动力工具，包括：壳体；电机；从所述电机接收扭矩的输出主轴。位于所述电机和所述输出主轴之间的行星齿轮变速器，所述行星齿轮变速器包括环形齿轮。所述动力工件包括固定在所述壳体上的支架和包括弓形外周面的突起。所述突起从所述支架的中心轴偏置并且沿与所述中心轴平行的方向从所述支架延伸。所述动力工件还包括换能器，所述换能器包括：带孔的内毂，通过所述孔容纳有所述突起的远端。所述突起的弓形外周面与至少部分地限定所述孔的壁段基本上呈线接触。所述换能器还包括附接到所述环形齿轮的外边缘，将所述内毂连接到所述边缘的柔性腹板，以及附接到所述柔性腹板的传感器，用于响应于从所述输出主轴施加到所述环形齿轮的反作用扭矩来检测所述柔性腹板的应力。

本发明的另一方面提供一种旋转动力工具，包括：电机；从所述电机接收扭矩的输出主轴；位于所述电机和所述输出主轴之间的离合器，所述离合器用于限制能够从所述电机传递到所述输出主轴的扭矩的量；以及用于检测通过所述离合器传递到所述输出主轴的扭矩的量的换能器。所述离合器是可调节的，以响应于通过所述离合器传递的检测到的扭矩的量、而来自所述换能器的反馈，改变能够从所述电机传递到所述输出主轴的扭矩的量。

本发明的另一方面提供一种旋转动力工具，包括：电机；从电机接收扭矩的输出主轴；位于所述电机和所述输出主轴之间的离合器，以用于选择性地将所述输出主轴接合到所述电机；以及用于检测通过离合器传递到输出主轴的扭矩量的换能器。所述离合器响应于通过离合器传递的扭矩的检测，来自换能器的反馈，能够从第一模式致动到第二模式，在所述第一模式中，所述输出轴接合到所述电机，在所述第二模式中，所述输出轴与所述电机脱离。

本发明的另一方面提供一种操作旋转电动工具的方法。所述方法包括：通过向动力工具的输出主轴提供扭矩，开始紧固件驱动操作；在紧固件驱动操作期间，利用换能器检测输出主轴上的反作用扭矩；响应于输出主轴上的反作用扭矩达到预定扭矩阈值而使离合器机械地脱开。所述方法还包括在动力工具的显示装置上观察与检测到扭矩数值，所述扭矩数值与通过离合器传递的扭矩的检测量一致。

通过考虑以下详尽的说明和附图，本发明的其他特点和方面将变得明显。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式的集成了换能器组件的旋转动力工具的透视图；

图2为沿着图1的2-2线的动力工具的截面图；

图3为沿着图1的2-2线的动力工具的一部分的放大的截面图；

图4为图1的动力工具的换能器组件和环形齿轮的分解透视图；

图4A为沿着图4中的4A-4A线的截面图；

图5为图1的动力工具的换能器组件和环形齿轮的平面图，示出了在操作动力工具期间施加到换能器组件的换能器上的力；

图5A为图5的换能器组件的放大的平面图，示出了钻孔和凸起；

图5B为根据本发明的另一实施方式的图5的换能器组件的放大的平面图，集成了具有不同配置的钻孔；

图6为图1的动力工具的控制器的透视图；

图7为图6的控制器的透视图，其移除了多个部分；

图8为图6的控制器的透视图，其移除了多个部分；

图9为集成在图1的动力工具中的电子组件的示意图；

图10为图1的动力工具的触发器的透视图；

图11为图1的动力工具的触发器支架的透视图；

图12为图1的动力工具内的、分别组装图10和图11的组装触发器和触发器支架的截面图；

图13为根据本发明的另一实施方式的集成了离合器机构的旋转动力工具的一部分的透视图；

图14为图13的旋转动力工具的侧视图，其示出了离合器机构；

图15为图14的旋转动力工具的纵向截面图；

图16为图14的离合器机构的第二板的后透视图；

图17为图14的离合器机构的第一板的前透视图；

图18为利用图13的旋转动力工具、在示例性紧固顺序期间、扭矩对时间的图；

图19为根据本发明的另一实施方式的集成了离合器机构的旋转动力工具的一部分的透视图；

图19A为处于接合模式中的图19的离合器机构的放大的侧视图；

图20为扭矩扳手模式中的离合器机构的侧视图；

图20A为扭矩扳手模式中图20的离合器机构的放大的侧视图；

图21为处于脱离模式中的离合器机构的侧视图；

图21A为脱离模式中的图21的离合器机构的放大的侧视图；

图22为根据本发明的另一实施方式的集成了离合器机构的旋转动力工具的一部分的透视图；

图23为图22的旋转动力工具的截面图；

图24为图22的离合器机构的放大的侧视图；

图25为利用图22的旋转动力工具的、对于硬接头和软接头、在示例性紧固顺序期间的、反应时间对工具输出速度的图；

图26为利用图22的旋转动力工具的、在示例性紧固顺序期间的、扭矩对旋转角度的图。

在详细解释本发明的任何实施方式之前，应当理解的是，本发明的应用不限于以下描述中阐述的或附图中示出的组件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或执行。而且，应该理解的是，本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。

具体实施方式

图1和图2示出了旋转动力工具10(例如，起子)，其包括主壳体14、位于主壳体14内部的电机18、从电机18接收扭矩的多阶段的行星变速器22，以及联结以用于与变速器22的输出部共同旋转的输出主轴26。尽管未显示，刀头可以固定到主轴26，这利用了用于在工件上执行工作的快速释放的结构 (同样未显示)。

在工件10的示出的实施方式中，电机18为能够产生通过驱动轴30的旋转输出的无刷电机(图2)，其接着将旋转输入提供给变速器22。变速器22包括附接到主壳体14的变速器壳体34、位于变速器壳体34内的环形齿轮38、以及两个行星级42、46，尽管可以交替地使用任何数目的行星级。输出主轴 26联结以与变速器22的第二行星级46中的载体50共同旋转，由此接收变速器22的扭矩输出。

参考图4，构件10还包括换能器组件54，其定位成与电机18的旋转轴56共线并且与旋转轴56共轴(图2)。如在下文中进一步阐述的，随着输出的扭矩接近预定扭矩值或扭矩阈值，换能器组件54检测由主轴26输出的扭矩，并且与电机18干涉(即，在图2中显示，通过高等级或者主控制器58)控制电机18的旋旋转速度度。参考图3加图4，换能器组件54包括可旋转地附接到变速器壳体34的支架62。在工具10的示出的实施方式中，支架62包括三个围绕支架62的外圆周等距间隔开的径向向外延伸的凸片66，其容纳在变速器壳体34的端面中的对应的狭槽68中(其中的一者显示在图3中)。可替选地，凸片66的每一者可以具有渐开线形状，以便于使得支架62在变速器壳体34中居中和/或将支架62固定在变速器壳体34中。保持环70位于变速器壳体 34中的相关的周向凹槽72中，以阻止支架62和环形齿轮38在变速器壳体34 中的轴向运动。

如图3所示，支架62还包括与支架62的中主轴76共轴的中心钻孔74，其中，轴承78位于其中以旋转地支撑电机18的驱动轴30，其接着附接到与第二行星级42接合的小齿轮。支架62还包括从中主轴76在相反方向上(同样见图4)径向偏置的两个轴向延伸的凸起86。凸起86的每一者具有弓形外圆周，其目的在下文中进行进一步描述。并且，凸起86的每一者具有在环形齿轮38中限定的环形腔室94内定位的远端部分90。在换能器组件54的示出的实施方式中，凸起86被配置成与支架62中的对应的钻孔压入配合或者过盈配合的圆柱销。可替选地，凸起86可以具有任何数目的不同形状，假设每一凸起86具有位于具有弓形外周的环形齿轮腔室94内的段。作为另一替选，支架62可以包括多于或者少于两个凸起86。

参考图4，换能器组件54还包括换能器98，换能器98包括外边缘102、内毂106、和连接外边缘102和内毂106的多个腹板110。类似于支架62，换能器98的内毂106与中主轴76共轴，并且包括一对轴向延伸、在相反方向上从中主轴76径向偏置的椭圆孔114，各个凸起86容纳其中。可替选地，内毂 106可以包括多于或者少于两个拖延空114，然而，椭圆孔的数目和角位置必须对应于支架62的凸起86的数目和角位置。在换能器组件54的示出的实施方式中，孔114通过基本上平坦的一对相对的壁段118(图5和图5A)限定。因此，每一凸起86基本上与每一孔114中的至少一个壁段118线性接触。换句话说，凸起86和孔114成型为沿着与内毂106的厚度一致的线、提供凸起 86和孔114之间的物理接触。可替选地，壁段118可以包括弓形形状，其具有的半径R2大于每一凸起86(即，图5B中的圆柱销)的外周的半径R1，同样，导致了凸起86和孔114之间的线性接触。

参考图4和图5，换能器98的外边缘102通常为圆形并且限定了通过一对径向向内延伸的狭槽112中断的圆周。在换能器组件54的示出的实施方式中，狭槽122从椭圆孔113而角度偏置的角δ为90°(图5)。可替选地，狭槽112可以从椭圆孔114而角度偏置达从0到90°之间的任何倾斜角度。作为另一替选，狭槽112可以与椭圆孔113角度对准，从而狭槽122和孔114可以在一个平面内相交。尽管所示出的换能器98包括在外边缘102中的一对狭槽 122，但是在外边缘102中可交替地限定多于或少于两个狭槽122。

参考图4和图5，腹板110倍配置成从内毂106径向向外延伸到外边缘102 的薄壁构件。在换能器组件54的示出的实施方式中，换能器98包括以90度的相等增量角度间隔开的四个腹板110。如图4A所示，腹板110的厚度T(即，以与中主轴76平行的方向上测量到)小于内毂106和外边缘102的厚度。更具体地，每一腹板110的厚度T从内毂106朝向腹板110的中点而逐渐锥形化。因此，每一腹板110的厚度T具有与腹板110的中点一致的最小值。

参考图5，换能器98还包括联结到每一腹板110(例如，通过利用粘合剂，例如)以用于检测腹板110经受到的应变的传感器(例如，应力计126)。如在下文中详尽地描述的，应力计126电连接到高级或者主控制器58，以传输应力计126生成的与各个腹板110经受的应变的幅度成比例的各个电压信号。这些信号被校准以测量在操作动力工具10期间施加到换能器98的外边缘102的作用力扭矩，其表示通过输出装置26施加到工件(例如，紧固件)上的扭矩。

参考图4和图5，环形齿轮包括一对位于腔室94内的径向向内延伸和在相反方向上从中主轴76径向偏置的凸起130。可替选地，外边缘102可以包括多于或少于两个狭槽122，然而，狭槽122的数目和角位置必须至少对应于环形齿轮38的径向向内延伸的凸起130的数目和角位置。例如，外边缘102 可以包括如环形齿轮38上的凸起130的数目的任一多个狭槽122的数目，以便于将换能器98相对于环形齿轮38和支架62锁定。如图5所示，环形齿轮 38上的径向向内延伸的凸起130部分地容纳在在外边缘101中限定的各个狭槽122内。每一凸起130基本上与对应的狭槽122的一个壁段134线性接触。换句话说，径向向内延伸的凸起130和狭槽122成型成提供沿着与外边缘102 的厚度一致的线、在凸起130和狭槽之间的物理接触。

参考图1和图2，工具10还包括工作灯142，其被配置成照亮工件和周围的工作空间。工作灯142与高级或者主控制器58电子通信并且可选择地通过高级或者主控制器58致动，并且设置在工具10的在触发器138和变速器壳体 34之间的前端处。在示出的实施方式中，工作灯142包括发光二极管(例如， LED 146)和遮蔽LED 146的盖150(图2)。在一些实施方式中，盖150可以充当透镜以将由LED 146发射的光聚焦或者朝向工件和周围的工作空间发散。在工件10的示出的实施方式中，LED 146被配置为多颜色的LED 146(例如， RGBLED)，其可被控制器58操作以很多不同颜色中的一种颜色照亮。可替选地，LED 146可被配置成发射单一颜色(例如，白色)。尽管所示出的工作灯142包括一个LED 146，但是工作灯142可以可替选地包括多个多颜色或者单颜色的LED。

在操作期间，当电机18被致动时(例如，通过按压触发器138，如图1 和图2所示)，扭矩通过驱动轴30通过行星变速器22而传输到输出主轴26，以旋转附接到输出主轴26的刀头。当刀头与工件接合并且驱动工件时(例如，紧固件)，作用扭矩在当输出主轴26旋转时在相反方向上施加到输出主轴26。该作用扭矩通过行星级42、46传输到环形齿轮38，其中，其以分量F3/4被施加到换能器98的外边缘102，该分量幅度上等于从中主轴76径向偏置达相同量，并且从图5的框架在相反方向上延伸。

作用在外边缘102上的力分量FR围绕中主轴76而将动量施加到换能器 98，其通过支架62而对抗。具体地说，动量以分量F3/4被施加到从支架62延伸的凸起86，该分量幅度上等于从中主轴76径向偏置达相同量，并且从参考图5的框架在相反方向上延伸。然而，因为支架62固定在变速器壳体34中，防止内毂106由于变速器壳体34施加到凸片66的正交力而产生的角偏置。

当施加到外环形齿轮38上的作用扭矩增大时，力分量FR的幅度同样增大，最终导致了腹板110偏转并且外边缘102相对于内毂106角偏置达很小的量。随着力分量FR的幅度继续增大，腹板110的偏转和外边缘102和内毂106 之间的相对角位移逐渐增大。由于偏转而由腹板110经受的应力被应力计127 检测到，其接着将各个电压信号输出到电动工具10中的高级或者主控制器58。如上所述，这些信号被校准到施加到换能器98的外边缘102的作用扭矩的测量值，其表示通过输出主轴26施加到工件的扭矩。

因为通过线性接触而将力分量FR施加到外边缘102，且通过线性接触而将力分量FB施加到支架62(经由凸起86)，在附接到各个腹板110的四个应力计126中可以实现更多连续的应力测量值，由此引起了施加到环形齿轮38 的作用扭矩的更加精确的测量值，因此，通过输出主轴26施加到工件上的扭矩。换句话说，如果力分量FR和FB中的一者分布在狭槽122或者孔114的区域上，该分布在两个狭槽122或者两个孔114之间不可能是连续的。因此，内毂106可能相对于中主轴76而内偏或者偏置，这引起了一个或多个腹板110 比其他腹板偏置更多。该腹板110的偏置的非连续性可能最终导致了施加到环形齿轮38的作用扭矩的不精确的测量值。

高级或者主控制器58指的是动力工具的手柄内和其上的电路内的印刷电路板(PCB)。具体地说，如图6所示，控制器58包括以堆叠布置的电源PCB200 和控制器PCB202，而第一PCB和第二PCB的安装表面形成了基本上平行的平面。图7提供了如图6所示的控制器58的视图，但是移除了电源PCB200 以显露控制器PCB202。图8提供了控制器58的相对侧的视图(相对于图6)，其中移除了控制器PCB202以显露电源PCB200的下面。

图9示出了包括电源PCB200和控制器PCB202的电路的主控制器58的组件的电路图。如图所示，控制器PCB202包括MCU(MCU204)、霍尔传感器206、霍尔传感器208、外围MCU210、“或非”门212和与门214、并且电源PCB 200包括开关场效应晶体管(FET)216和电机FET218。电源220是电动工具电池组，其向电动工具10的各种组件提供直流电。例如，电源220可以是具有锂离子电池的可再充电的电动工具电池组。在一些情况下，电源 122可以经由耦合到标准壁式插座的插头接收交流电(例如，120V/60Hz)，然后对接收到的电力进行滤波、调节和整流以将直流电输出到工具组件。一般而言，控制PCB202的组件检测到用户对触发器138的按压，并且作为响应，控制电源PCB200的组件以将来自电源220的电力供应以驱动电机18。

转到图如图7所示，触发器138包括触发器本体230、保持器232、固定到触发器本体230并延伸穿过保持器232的臂234，以及弹簧236。保持器232 固定到工具10的主壳体14并且触发器本体230能够沿着臂234的纵向轴线 237相对于保持器232移动。弹簧236提供指引触发器本体230远离保持器232 的偏置力。臂234固定到触发器主体230并且与触发器主体230一致移动。臂 234包括磁体保持器238，该磁体保持器238是容纳并固定磁体240的空腔或凹部。

图10示出了与保持器232和臂234分离的触发器本体230。触发器本体 230包括四个导向通道242。图11示出了具有与触发器本体230分离的臂234 的保持器232。保持器232包括四个导向件244，每个导向件由相应的导向通道242容纳。导向通道242和导向件244确保触发器本体230沿着臂234的纵向轴线237行进。保持器232还包括在通常垂直于臂的纵轴237的方向上延伸的凸缘246。如图12所示，凸缘246被工具10的主壳体14的凹部248容纳。凸缘246和凹部248协作以将保持件232固定到主壳体14。

当用户将触发器主体230向内压向保持器232时，克服弹簧236的偏置力，磁体240朝向并经过霍尔传感器206和208。每个霍尔传感器206和208提供逻辑高或逻辑低的二进制输出，这取决于磁体240的位置。更具体地，霍尔传感器206和208在触发器主体230朝向保持器232被向内按压时输出逻辑低信号，因为磁体240经过霍尔传感器206和208。相反，霍尔传感器206和208 在触发器主体230偏置离开保持器232(即，未被用户按压)时，因为磁体240不靠近霍尔传感器206和208，而输出逻辑高信号。因此，霍尔传感器206和 208检测并输出触发器本体230是向内按压还是向外偏压(释放)的指示。

返回到图9，霍尔传感器206的输出被提供给或非门212的第一输入端和 MCU204，并且霍尔传感器208的输出被提供给或非门212的第二输入端和 MCU204。除非其第一和第二输入两者都接收到逻辑低信号，否则或非门212 输出逻辑低信号，在这种情况下，或非门212输出逻辑高信号。换句话说，当或非门212的第一和第二输入端都接收到逻辑低信号时，或非门212向与门 214输出逻辑高信号。然而，当或非门212的输入之一或两者接收到逻辑高信号时，或非门212输出逻辑低信号到与门214。类似地，当霍尔传感器206和 208都输出逻辑低信号时，MCU204将逻辑高信号输出到与门214。否则，当 MCU 204的输入之一或两者从霍尔传感器206和208接收逻辑高信号时，或非门212将逻辑低信号输出到与门214。

与门214包括接收来自或非门212的信号的第一输入和接收来自MCU204 的信号的第二输入。在或非门212和MCU 204两者都输出逻辑高信号时，与门214输出逻辑高信号到与门214的各个输入。当与门214的输入之一或两者接收到逻辑低信号时，与门214输出逻辑低信号。

与门214向开关FET 216输出控制信号。当与门214输出逻辑低信号时，开关FET216打开或“断开”，使得来自电源220的电力不能到达电机FET 218。当与门214输出逻辑高信号时，开关FET 216闭合或“接通”，使得来自电源 220的电力到达电机FET 218。

相应地，当用户按压触发器主体230时，磁体240经过霍尔传感器206和 208，使得两者都向或非门212输出逻辑低信号，这使得或非门212将逻辑高信号输出到与门214和与门214以输出逻辑高信号，以导通开关FET 216。类似地，当用户释放触发器主体230时，偏置弹簧236将磁体240移动远离霍尔传感器206和208，使得霍尔传感器206和208都输出逻辑高信号到或非门212，这使得或非门212输出逻辑低信号到与门214和与门214以输出逻辑低信号，以关闭或打开开关FET 216。因此，当触发器138被按下时，开关FET 216导通，并且当触发器138被释放时，开关FET 216断开。

另外，当MCU 204从两个霍尔传感器206和208接收到逻辑低信号时，这指示触发器138被按下，则MCU 204控制电机FET 218以驱动电机18。另外的霍尔传感器未在图9中示出，该传感器输出电机反馈信息，例如当电机 18的转子磁体旋转经过另外的霍尔传感器的面时的指示(例如，脉冲)。基于来自这些另外的霍尔传感器的电机反馈信息，MCU204可以确定转子的位置、速度和/或加速度。MCU204使用该电机反馈信息来控制电机FET 218，从而控制电机18。MCU204还接收来自选择器霍尔传感器(未示出)的指示，该选择器霍尔传感器提供前进后退选择器244a的位置的指示。与前进后退选择器 244a相关联的霍尔传感器位于PCB上，该PCB与电源PCB200分离，且在选择器244a的前方垂直定向。根据来自选择器霍尔传感器的指示，MCU 204控制电机FET 218以前进方向或者后退方向驱动电机。

因此，当按下触发器138时，MCU 204检测触发器138是否被按下，并且从基于前进后退选择器244a的位置的所需的旋转方向，开关FET 216被接通，并且MCU 204控制电机FET218驱动电机18。相反，当触发器138被释放时，MCU 204检测到触发器138被释放，开关FET216被断开，并且MCU 204停止切换电机FET 218，使电机18停止。触发器138可以被称为非接触式触发器，因为来自主体230的按下和释放的移动不会在物理上形成和断开电连接。相反，霍尔传感器206和208用于检测(并通知MCU 204)主体230的位置，而不接触触发器138的移动组件。

霍尔传感器206和208本质上是意在提供相同示出的冗余传感器，除了霍尔传感器208在霍尔传感器206之前或者之后略微改变状态之外(假定它们在控制PCB 202上对准)，其中，霍尔传感器208更靠近边缘。例如，霍尔传感器208可以在触发器主体230在霍尔传感器206之前略微按下时检测磁体240 的存在，并且可以在霍尔传感器206稍后由用户释放触发器主体230时检测磁体240是否存在。

电动工具10中的高级或主控制器58能够监控由应力计126输出的信号，将校准或测量的扭矩与一个或多个预定值相比较，响应于动力工具10的扭矩输出达到一个或多个预定扭矩值来控制电机18，并且致动工作灯142以改变工件和周围工作空间的照明图案，以向工具10的用户发送信号：最终所需要的扭矩值已经被施加到紧固件。在电动工具10的所示出的实施方式中，外围 MCU 210将来自应力计126的测量扭矩与第一扭矩阈值和大于第一扭矩阈值的第二扭矩阈值进行比较。当所测量的扭矩达到第一扭矩阈值时，外围MCU 210向MCU 204输出指示，并且MCU 204控制电机FET 218以降低电机18 的旋转速度，以降低过冲和施加到工件的过度扭矩的可能性。此后，MCU 204 继续以降低的旋转速度驱动电机18，直到外围MCU 210指示测量的扭矩达到第二(并且期望的)扭矩值，此时MCU 204控制电机FET218去停用电机18。

在用于紧固件驱动操作的工具10的最初致动时，MCU 204致动工作灯142 中的LED146，以传统方式发射白光来照亮工件和周围工作空间。之后，在所测量的扭矩达到第二(并且期望的)扭矩值时，MCU 204致动LED 146以改变由LED 146发射的照明图案，以向用户发送信号或向用户指示成功获得期望的扭矩值。例如，MCU 204可以致动LED 146以将颜色从白色变成绿色，以指示成功获得期望的扭矩值。然而，如果出现阻碍获得期望的扭矩值的问题，则MCU 204可致动LED 146以将颜色从白色改变为红色。备选地，不致动LED 146以改变颜色，MCU 204可以通过以下方式来改变LED 146的照明图案：使LED 146闪烁一个或多个不同的图案，以向用户发送信号：成功获得和/或没有获得期望的扭矩值。通过使用工作灯142作为通信工具10的性能的指示器，用户在紧固件驱动操作期间不需要将其视线从工件上移开以了解是否已经获得紧固件上的期望的扭矩值。而且，因为工作灯132位于工具10的前部，所以用户可以以不同的方式抓握工具10以将足够的杠杆作用施加在工件和/或紧固件上，而无需担心无意中阻挡工作灯142。

尽管未在附图中示出，但是工具10还可以包括用于在电池没有连接到工件10时指示工具的扭矩设置的辅助显示器(具有用于设置工具10的扭矩设置的主显示器)。这样的辅助显示器例如可以是仅当显示器上的图像改变时需要电力的双稳态显示器。这样的双稳态显示器可从马萨诸塞州Billerica的Eink 公司市场上可买到。但是，没有电力消耗或者不需要电力来保持在显示器上的静态图像。当工具10的扭矩设定被改变时(即，当连接电池时)，控制器58 可更新辅助显示器上的图像以反映工具10在改变之后的新的扭矩设定。通过在工具10上被并入这样的辅助、双稳态显示器，大量的工具10可以被储存在工具柜中，并且其电池被移除，同时显示工具10的扭矩设置，使得工具柜管理员或访问工具柜的个人可以选择使用哪个工具10，而不必首先将电池连接到工具10上。因此，如辅助双稳态显示器所示，已经设置为特定扭矩设置的工具10可以由个人选择而不需要个人首先将电池连接到工具10以确定其扭矩设定。这样的双稳态显示器也可以或备选地并入到工具10的电池上以指示其充电状态。

图13示出了根据本发明另一实施方式的动力工具1010的一部分。动力工具1010包括离合器机构1154，但是在其他方面类似于上面参照图1-12描述的动力工具10，其中，类似的组件用类似的附图标记加上1000来表示。下面仅描述电动工具10,1010之间的区别。

参考图13和图14所示，动力工具1010包括电机1018、变速器壳体1034、变速器壳体1034内的、接收来自电机1018的扭矩的多级行星变速器1022，以及其被联结以与变速器1022的输出共同旋转的输出主轴1026。参考图15，变速器1022包括位于变速器壳体1034内的公共环形齿轮1038(图15)，以用于通过连续的行星级1042、1046传递扭矩。

参考图14和15，工具1010还包括与上述换能器组件54相同的换能器组件1054，其定位成与电机1018的旋转轴1056、变速器1022和输出主轴1026 共线并且同轴。换能器组件1054检测由主轴1026输出的扭矩并且与显示装置 1057(图9)(即，通过图2所示的高级或主控制器58)接口以显示对于每一紧固件驱动的操作由主轴1026输出的数值扭矩值。例如，这样的显示设备1057 可以位于板上并与工具1010(例如LCD屏幕)在一起，或者可以远离工具1010 定位(例如，移动电子设备)。在被配置为与远程显示装置接口的工具1010的实施方式中，工具1010将包括发送器(例如，使用蓝牙或WiFi传输协议)以对于每一紧固件驱动操作，将由输出主轴1026实现的扭矩值无线通信到远程显示装置。与动力工具10相比，工具1010的换能器组件1054不与电机1018 接口，以在扭矩输出接近预定的扭矩值或扭矩阈值时控制电机1018的旋转速度。相反，机械离合器机构1154(图14和15)阻止输出到工件的扭矩超过扭矩阈值。

参考图15，当由工具1010驱动的紧固件或工件所施加的输出主轴1026 上的反作用扭矩达到离合器机构1154的预定扭矩阈值时，离合器机构1154可被操作以选择性地将由电机1018输出的扭矩转移离开输出主轴1026。离合器机构1154包括联结用于与变速器1022的第二行星级1046的输出支架1160共同旋转的第一板1158(也参见图17)、联结以用于与输出主轴1026共同旋转的第二板1162(也参见图16)、以及定位在第一和第二板1158、1162之间的多个接合构件(例如，球1164)，当离合器机构1154被接合时，扭矩从变速器 1022通过该接合构件传递到输出主轴1026。在所示出的工具1010的实施方式中，第一板1158与第二行星级1046的输出支架一体形成为单件，而第二板1162 经由一组球1166(一组球的仅仅一个显示在图15中)而可滑动地联接并旋转地限制到输出主轴1026，该一组球容纳在第二板1162中形成的对应的盲槽 1168中和在主轴1026的外围中形成的对应的凹部中。因此，第二板1162能够沿着旋转轴1056轴向滑动，同时与主轴1026共同旋转。或者，第一板1158 可以与行星级1046的输出支架1160分开形成并且以任何数量的不同方式被固定到其上(例如，使用过盈配合或压入配合、紧固件、通过焊接等)。此外，第二板1166备选地可以使用另一布置(例如，花键配合)可滑动地联接到主轴1026上，这将允许第二板1162相对于主轴1026轴向滑动，而将第二板1162 可旋转约束到主轴1026。

参考图14和15，离合器机构1154还包括插入在变速器壳体1034的向内延伸的环形壁1174和第一板1158之间的推力轴承1172，以便于第一板1158 相对于壳体1034旋转。

参考图16和17，第二板1162包括围绕旋转轴1056间隔开的轴向延伸的突起1176。凹槽1178通过球1164分别容纳其中的邻近的突起1176限定在第二板1162的端面1180中。如图17所示，第一板1158包括与旋转轴1056径向间隔开的凹部1182，其中，球1164至少部分地定位在其中，剩余的球1164 被容纳在第二板1162的端面1180中的相应凹槽1178内(图16)。

参考图14和图15，工具1010还包括离合器机构调节组件1184，该离合器机构调节组件1184可操作以设置离合器机构1154滑动所在的扭矩阈值(即，当球1164通过穿过凸起1176而从一个凹槽1178滑动到相邻的凹槽1178时)。离合器机构调节组件1184包括螺接到输出主轴1026的调节环或螺母1186以及与螺母1186相邻的环形弹簧座1188，主轴1026延伸穿过螺母1186。具体地，螺母1186包括螺纹内周面1190，并且主轴1026包括对应的螺纹外周面 1192。因此，螺母1186与主轴1026之间的相对旋转还导致螺母1186沿着主轴1026平移以调节弹性构件(例如，压缩弹簧1194)的预加载荷。弹簧1194 被周向地定位在主轴1026周围并且位于第二板1162和基座1188之间，并且可被操作以将第二板1162朝向第一板1158偏置。如图13所示，形成在变速器壳体1034中的细长孔口1196允许通过手动工具(未示出)接近离合器机构调节组件1184，手动工具可操作以相对于主轴1026旋转螺母1186。这样的手动工具可以包括头部，头部可插入到形成在基座1188(图14)中的径向狭槽1198内，并且可与形成在螺母1186上的齿轮齿1200接合。因此，手动工具的旋转将使螺母1186旋转(相对于主轴1026)，改变压缩长度，从而改变弹簧 1194的预加载荷。这样的手持工具可以类似于例如钻夹头钥匙。

在操作期间，工具1010可以机械上限制通过离合器机构1154传递到紧固件或工件的扭矩的量，同时提供通过换能器组件1054施加到紧固件或者工件上的扭矩的量的视觉反馈(即通过显示装置1057)。当并入到单个装置(诸如工具1010)中时，这些特征(即，扭矩输出和机械扭矩限制离合器机构1154 的视觉反馈)允许操作者使用试错程序来校准工具1010的扭矩阈值，而不使用外部或另外的机器和/或装置(这些机器和/或设备可能需要用于校准工具 1010的)。而且，当这些特征联系在一起使用时，工具1010的操作者被提供当离合器机构1154滑动时作用在紧固件或工件上的扭矩值的立即视觉反馈。随后，操作者可以有利地调节弹簧1194上的预加载荷，以实现期望的扭矩阈值。

如图18所示，一旦电机1018被致动(例如，通过按压触发器138)，紧固顺序就开始，当刀头与紧固件或工件接合和驱动紧固件工件时，此时，通过换能器组件1054测量施加在主轴1026上的反作用扭矩或者“运行扭矩”。在紧固顺序期间，扭矩从电机1018、通过行星变速器1022、通过离合器机构1154 传递到输出主轴1026，用于旋转附接到输出主轴1026的刀头。反作用扭矩通过与旋转输出主轴1026的方向相反的方向驱动的紧固件或工件施加到输出主轴1026。该反作用扭矩通过由控制器58解释为运行扭矩的力分量F_R(图5) 传递通过并施加到换能器组件1054。

在整个紧固顺序中，离合器机构1154可在第一模式和第二模式下操作，在第一模式中，来自电机1018的扭矩通过离合器机构1154传递到输出主轴 1026以继续驱动工件，而在第二模式中，来自电机1018的扭矩从主轴1026 转向第一板1158。具体地，在第一模式中，第一板1158和第二板1162共同旋转，从而使主轴1026旋转至少一增量，只要主轴1026上的反作用扭矩小于离合器机构1154的扭矩阈值即可。随着紧固件或工件被进一步驱动，主轴1026 上的反作用扭矩增加(如图18的图表中的正斜率所示)。当反作用扭矩小于扭矩阈值时，弹簧1194将第二板1162的突起1176朝向第一板1158的球1164 偏置，使得球1164卡在第二板1162上的突起1176上，并且保持在第二板1162 (图14)的凹槽1178内。结果，防止了第一板1158相对于第二板1162和输出主轴1026旋转。

当输出主轴1026上的反作用扭矩达到离合器机构1154的扭矩阈值(由与图18所示的轨迹的顶点一致的最大扭矩所示出的)时，离合器机构1154从第一模式转换到第二种模式。特别地，在第二模式中，由球1164(其卡在凸起 1176上)施加在第二板1162上的摩擦力不再足以防止第一板1158相对于第二板1162旋转或滑动。当第一板1158最初开始相对于第二板1162滑动时，球 1164滚动并越过(即，横越)各个突起1176，从而克服弹簧1194的偏置而施加向第二板1162的轴向位移，停止向第二板1162和主轴1026的扭矩传递。在电机1018被致动并且扭矩阈值不断被超过的情况下，第一板1158继续相对于第二板1162和输出主轴1026旋转。结果，由换能器组件1054检测到的反作用扭矩从从扭矩值快速地减小(由图18的图表中的负斜率表示)，在该扭矩值时，离合器机构1154从第一模式初始滑动到第二模式，或者从第一模式转换成第二模式。只要输出主轴1026上的反作用扭矩超过离合器机构1154的扭矩阈值，第一板1158将继续相对于第二板1162和输出主轴1026滑动或旋转，使得球116跨越并越过突起1176。

如上所述，在紧固件驱动操作的整个顺序中(即，以离合器机构1154在第一模式下操作开始，并且以离合器机构1154在第二模式下操作结束)，控制器58将来自换能器1054的电压信号校准到通过离合器机构1154传递的反作用扭矩的测量。与离合器机构1154从第一模式转换成第二模式一致，控制器 58计算由主轴1026输出的实际峰值扭矩值(其与图18所示的轨迹的顶点一致)，并且提示显示装置1057显示由主轴1026输出的实际扭矩值。

如果工具1010的操作者决定将工具1010调节到较高或较低的扭矩阈值，以基于在显示器装置1057上实现的实际扭矩值的视觉反馈来实现由主轴1026 输出的不同的实际扭矩值，操作者分别增加或减少弹簧1194上的预加载荷。为此，将工具定位在变速器壳体1034的细长孔口1196中，其中工具可以接合并旋转螺母1186。当螺母1186围绕主轴1026旋转时，螺母1186沿着旋转轴 1056轴向平移，这根据螺母1186的旋转方向对弹簧1194进行压缩或减压。操作者可以继续以这种方式通过以下操作来手动校准工具1010：执行连续的紧固件驱动操作并对离合器机构调节组件1184进行增量调节以改变工具1010的输出扭矩。

图19示出了根据本发明另一实施方式的动力工具2010的一部分。动力工具2010包括离合器机构2154，但是在其他方面类似于上面参照图1-12描述的动力工具1010，其中，类似的组件用类似的附图标记加上2000来表示。下面仅描述电动工具10、2010之间的区别。

如图19、20和21所示，动力工具2010包括具有用于向多级行星齿轮变速器(例如变速器22；图2)提供旋转输入的驱动轴2030的无刷电机2018。如图19所示，驱动轴2030形成为两件：从电机2018的电枢延伸的第一轴部 2030a和与变速器啮合的第二轴部2030b。如下面详细解释的，第一轴部2030a 和第二轴部2030b选择性地共同旋转，使得以一种操作方式，第一轴部2030a 将扭矩传递到第二轴部2030b，并且以另一种操作方式，第一轴部2030a独立于第二轴部2030b旋转，从而转移来自第二轴部2030b和变速器的扭矩。

工具2010还包括定位成与电机2018的旋转轴2056共线和共轴并且定位在变速器和电机2018之间的换能器组件(未示出，但与上述换能器组件54相同)。换能器组件54检测由工具2010的主轴(未示出，但是与上述的主轴26 相同)输出的扭矩并且与显示装置1057接口(即，图2中所示，通过高级或主控制器58)，以针对每一紧固件驱动操作，显示由主轴26输出数值扭矩值。例如，这样的显示设备可以位于板上并与工具2010合并在一起(例如，LCD屏幕)，或者可以远离工具2010定位(例如，移动电子设备)。在被配置为与远程显示装置接口的工具2010的实施方式中，工具2010可以包括发送器(例如，使用蓝牙或WiFi传输协议)，以对于每一紧固件驱动操作，将由输出主轴 26实现的扭矩值无线通信到远程显示装置。与动力工具10相比，工具2010 的换能器组件不与电机2018接口，以在扭矩输出接近预定扭矩值或扭矩阈值时控制电机2018的旋转速度。相反，机械离合器机构2154阻止输出到工件的扭矩超过扭矩阈值。

参考图19，离合器机构2154置于第一轴部2030a和第二轴部2030b之间，并且由利用来自换能器组件54的输入的主控制器(例如，上述的主控制器58) 电子控制。离合器机构2154可在接合模式(图19和19A)和脱离模式(图 21和21A)之间进行切换，在接合模式下，离合器机构2154使得第一和第二轴部2030a、2030b互连以允许在它们之间传递扭矩，在脱离模式下，离合器机构2154旋转地脱离轴部2030a、2030b以阻止它们之间的扭矩传递。如此，当由扭矩传感器检测到的主轴26上的反作用扭矩超过预定扭矩阈值时，离合器机构2154能够选择性地将扭矩从输出主轴26转移。

参考19A，离合器机构2154包括联接成与第一轴部2030a共同旋转的第一联接件2156和联接成与第二轴部2030b共同旋转的第二联接件2158。离合器机构2154还包括围绕第一和第二联接件2156、2158中的每一个的至少一部分周向布置的套筒2160，以及多个接合构件(例如，第一组球2162和第二组球2164)固定到套筒2160的内周，当离合器机构2154处于接合模式时，扭矩通过该套筒2160从第一联接件2156传递到第二联接件2158。在工具2010 的所示出的实施方式中，第一和第二联接件2156、2158基本上为圆柱形并且形成为与第一和第二轴部2030a、2030b的组件分离的零件。联接件可以以任何数量的不同方式(例如，使用过盈配合或压入配合、紧固件、互补的横截面形状、通过焊接等)被固定，以与轴部2030a、2030b共同旋转。可备选地，第一和第二联接件可以分别与第一和第二轴部2030a、2030b一体形成为单件。

继续参考图19A，第一联接件2156包括第一凹槽2166和第二凹槽2168，两者均周向地设置在第一联接件2156的外周上。每个周向凹槽2166、2168具有互补于第一组球2162的形状的半球形轮廓，以当离合器机构2154处于脱离模式(如图21和21A所示)时或扭矩扳手模式(如图20和20A所示)时，以容纳第一组球2162在周向凹槽2166,2168内相对于第一联结件2156交替地滑动或者滚动运动，这将在下面进一步详细描述。第一周向凹槽2166与第一轴部2030a相邻，并且第二周向凹槽2168远离第一周向凹槽2166而设置在第一联接件2156上。因此，第一周向凹槽2166和第二周向凹槽2168沿着旋转轴2056的方向轴向彼此间隔开。

第一联接件2156还包括在第一和第二周向凹槽2166、2168之间延伸的圆柱形壁2170。圆柱形壁2170包括一组纵向延伸的凹槽2172，当离合器机构 2154处于接合模式时，凹槽2172将周向凹槽2166、2168互连并容纳各个球 2162(如图19和19A所示)。换言之，凹槽2172沿着圆柱形壁2170的圆周彼此成角度地偏置，并且每个凹槽2172在平行于旋转轴2056的轴向方向上延伸，使得每个凹槽2172沿垂直于第一和第二圆周凹槽2166、2168并且在第一和第二圆周凹槽2166、2168之间的方向上延伸。凹槽2172也具有与第一组球 2162的形状互补的半球形轮廓。

继续参考图19A，第二联接件2158包括在第二联接件2158的外周上周向布置的单个凹槽2174，该单个凹槽2174位于第二联接件2158的与第二轴部 2030b相对的端部处。圆周凹槽2174具有与第二组球2164的形状互补的半球形轮廓，以当离合器机构2154处于脱离模式时容纳第二组球2164相对于第二联接件2158的滑动或滚动运动(如图21和21A所示)。

第二联接件2158还包括沿着第二联接件2158的圆周彼此成角度地偏置并且在平行于旋转轴2056的轴向方向上延伸的一组狭槽2176。狭槽2176还具有与第二组球2164的形状互补的半球形轮廓以将球2164容纳其中。如图19A 所示，每个狭槽2176的后部开向第二联接件2158中的周向凹槽2174，并且每个狭槽2176的前端在到达第二轴部2030b之前终止。

第一联接件2156的圆柱形壁2170中的凹槽2172将圆柱形壁2170分成多个壁段或驱动凸耳2178。因此，当第一组球2162容纳在相应的凹槽2172中时，驱动凸耳2178以基本点接触而接合各个球2162。类似地，第二联接件2158 中的狭槽2176将第二联接件2158分成多个壁段或从动凸耳2180。因此，当第二组球2164被容纳在各个狭槽2176中时，从动凸耳2180以基本点接触而接合各个球2164。

参考图19，离合器机构2154还包括一对弹簧2182a、2182b，以用于将套筒2160偏压朝向处于接合模式的离合器机构2154的默认或原始位置。工具 2010包括致动器2183，致动器2183响应于来自扭矩传感器54的输入而由主控制器58电子控制，以用于克服弹簧2182a，2182b的偏压而将套筒2160从图19和19A所示的原始位置偏移，用于将离合器机构2154在接合和脱离模式之间切换。例如，致动器2183可被配置为能够产生用于吸引套筒2160的一端(或任一端)以将套筒2160偏移远离原始位置的磁场的一个或多个电磁体，或者能够将使套筒2160沿任一方向远离原始位置移动的一个或多个螺线管。在离合器机构2154的所示实施方式中，弹簧2182a、2182b设置在套筒2160 的相对端上，使得弹簧2182a在向前的方向2184偏压套筒2160，而另一弹簧 2182b在向后的方向2186偏压套筒2160。可备选地，可以使用其他零件将套筒2160朝向图19和19A中所示的原始位置偏置。

在离合器机构的接合模式下(图19和19A)，套筒2160中的第一组球2162 和第二组球2164分别与第一联接件2156上的驱动凸耳2178接合和第二联接件2158上的从动凸耳2180接合。因此，离合器机构2154提供刚性连接以允许扭矩从第一轴部2030a传递到第二轴部2030b。然而，在离合器机构2154 的脱离模式中(图21和21A)，套筒2160中的第一组球2162和第二组球2164 分别定位在第一联接件2156中的周向凹槽2166和第二联接件2158中的周向凹槽2174内。因此，第一和第二轴部2030a、2030b之间的连接被破坏，因为两组球2162、2164与驱动凸耳2178和从动凸耳2180脱离，从而抑制扭矩从第一轴部2030a传递到第二轴部2030b。

参考图20和20A所示，如上所述，离合器机构2154也可转换到第三模式或“手动扭矩扳手”模式。在该模式中，套筒2160沿向前方向2184从原始位置移开，将第二组球2164保持在狭槽2176内，但是将第一组球2162转移到周向凹槽2168中。因此，第一和第二轴部2030a、2030b之间的连接被破坏，因为第一组球2162与驱动凸耳2178脱离，从而阻止了扭矩从第一轴部2030a 传递到第二轴部2030b。此外，套筒2160同时接合变速器壳体的一部分(由套筒2160的外周上的斜线示意性示出)，以将套筒2160相对于变速器壳体可旋转地锁定，将第二轴部2030b刚性地连接到变速器壳体以防止其旋转(并且因此第二轴部2030b下游的其余零件的旋转终止于输出主轴26)。这样，输出主轴26相对于工具2010的主壳体和变速器壳体可旋转地锁定，从而允许工具 2010被用作手动扭矩扳手，该手动扭矩扳手绕着旋转轴2056手动地旋转工具 2010以将扭矩施加到紧固件或工件。例如，变速器壳体的内部和套筒2160的外部上的配合花键可以被接合以将套筒2160旋转地锁定到变速器壳体。因为换能器组件54位于第二轴部2030b和输出主轴26之间，所以换能器组件54 将保持可操作以检测施加到输出主轴26的反作用扭矩。因此，手动扭矩扳手模式允许手动调节施加在紧固件或工件上的扭矩，同时，将通过显示装置1057 将施加到紧固件或者工件的扭矩值的反馈提供给工具2010的用户。

在操作中，离合器机构2154可以机械地限制传递到紧固件或工件的扭矩的量，并且工具2010可以提供在每个紧固件驱动操作期间，关于施加在紧固件或工件上的扭矩量的视觉反馈(即，通过显示装置1057)。如图19所示，离合器机构2154处于接合模式。为了开始紧固件驱动操作，电机2018被致动 (例如，通过按下触发器138)，其使第一轴部2030a沿用户所期望的特定方向旋转。因为第一组球2162与第一联接件2156上的驱动凸耳2168接合，所以扭矩通过套筒2160传递，转而通过第二组球2164和第二联接件2158传递(通过第二组球2164和驱动凸耳2180的接合)。结果，第二轴部2030b在与第一轴部2030a和套筒2060相同的方向上被驱动，然后这驱动变速器22和输出主轴26。当刀头在驱动紧固件或工件时，紧固件或工件施加在输出主轴26上的反作用扭矩或“运行扭矩”由换能器组件54测量。

离合器机构2154将保持在接合模式，直到主控制器58(使用来自扭矩换能器54的输入)确定运行扭矩已经达到预定的扭矩阈值。然后，离合器机构 2154通过主控制器58从接合模式致动到脱离模式，如图21和21A所示。具体地说，主控制器58启动致动器2183，该致动器2183使套筒2160从对抗弹簧2182a的偏置的原始位置在向后的方向上移动或者转移，从而将第一组球 2162定位在第一联接件2156的第一圆周凹槽2166中，并且将第二组球2164 定位在第二联接件2158的圆周凹槽2174中。同时，主控制器58停用电机2018 并施加动态制动以快速减速第一轴部2030a的旋转。结果，第一和第二轴部 2030a、2030b之间的连接迅速脱离，从而防止电机2018在动态制动时随后产生的扭矩被传递超过第一轴部2030a。这增加了工具2010的整体精确度，因为紧固件或工件的扭矩超限被最小化或消除。而且，当离合器机构2154从接合模式被致动到脱离模式时，由换能器组件54检测到的最大扭矩可被输出到显示装置1057以供用户参考。在电机2018已经停止之后，致动器2183可以释放套筒2160，从而允许弹簧2182a、2182b将套筒2160偏置到图19和19A中的与离合器机构2154的接合模式一致的原始位置，并准备工具2010用于随后的紧固件驱动操作。

在一些情况下，实际施加到紧固件或工件(如由显示装置1057所指示的) 的扭矩可略低于期望的扭矩值。在这种情况下，离合器机构2154可以转换到图20和20A所示的手动扭矩扳手模式，将额外的扭矩手动施加到紧固件或工件上以获得期望的扭矩值。为了将离合器机构2154转换到扭矩扳手模式，主控制器58被提示(例如，通过致动工具2010的外部的用户可接近的瞬时开关，未示出)以启动致动器2183，这克服了弹簧2182a的偏置而使套筒2160在从原始位置在向前方向2184上移动或者转移，由此将第一组球2162定位在第一联接件2156的第二周向凹槽2168内，但是将第二组球2164保持在狭槽2176 内。因此，第一和第二轴部2030a、2030b之间的连接迅速断开，从而阻止了扭矩从电机2018传递到输出主轴2026。同时，套筒2160被变速器壳体可旋转地约束以将第二轴部2030b和工具2010的下游旋转零件(包括输出主轴26) 的旋转有效地锁定到变速器壳体。在手动旋转工具2010以获得期望的扭矩值之后，开关可以被释放，停用致动器2183并且允许套筒2160在弹簧2182a、2182b的作用下返回到原始位置。

一般而言，电机是动力工具的动能的主要贡献者。大量的动能使得难以精确地控制传递的扭矩输出，特别是在坚硬或高硬度的接头中。此外，对电机进行电子制动不能完全消除动能，常常导致过度扭矩的紧固件。离合器机构1010、 2010被设计用于高精度的紧固顺序，并通过将电机与齿轮系的其余部分联接和分离来降低扭矩过冲的风险。

图22示出了根据本发明另一实施方式的动力工具3010的一部分。动力工具3010包括离合器机构3154，但在其他方面类似于上面参考图1-图21描述的动力工具2010，类似的零件用相同的附图标记加上3000来表示。下面仅描述电动工具10、3010之间的区别。

如图22和图23所示，动力工具3010包括无刷电机3018，该无刷电机3018 具有用于向多级行星齿轮变速器(例如变速器22；图2)提供旋转输入的驱动轴3030。如图23所示，驱动轴3030形成为两件：从电机3018的电枢延伸的第一轴部3030a和与变速器啮合的第二轴部3030b。如下面详细解释的，第一轴部3030a和第二轴部3030b可选择性地共同旋转，使得在一种操作方式中，第一轴部3030a将扭矩传递到第二轴部3030b，并且在另一种操作方式中，第一轴部3030a独立于第二轴部3030b旋转，从而转移来自第二轴部3030b和变速器的扭矩。

工具3010还包括换能器组件3054(与上述换能器组件54相同)，换能器组件3054与电机3018的旋转轴3056共线且同轴地定位，并且在变速器和电机3018之间。换能器组件3054检测由工具3010的主轴(未示出，但是与上述的主轴26相同)输出的扭矩并与显示装置1057接口(即，通过图2中所示的高级或主控制器58)，以针对每个紧固件驱动操作，显示由主轴26输出的数值扭矩值。与动力工具10相反，工具3010的换能器组件3054不与电机3018接口以在扭矩输出接近预定的扭矩值或扭矩阈值时控制电机3018的旋转速度。取而代之，换能器组件3054与离合器机构3154接口，以防止输出到工件的扭矩超过扭矩阈值。

在图22和图23示出的实施方式中，离合器机构(以下称为“机电离合器” 3154)能够分离电机3018和变速器以阻止电机3018的动能传递到变速器。机电离合器3154定位在第一轴部3030a和第二轴部3030b之间，并且利用来自换能器组件3054的输入由主控制器(例如，上述的主控制器58)电子控制。机电离合器3154可在接合模式(图22和23)和脱离模式之间切换，在接合模式中，机电离合器3154使第一和第二轴部3030a、3030b互连以允许它们之间的扭矩传递，在断开模式中(未示出)，机电离合器3154旋转地脱离轴部 3030a、3030b以阻止它们之间的扭矩传递。如此，当由扭矩换能器3054检测到的主轴26上的反作用扭矩超过预定扭矩阈值时，机电离合器3154能够选择性地将扭矩从输出主轴26转移。

参考图23，机电离合器3154包括固定地安装到第一轴部3030a的转子 3188，联接用于与转子3188共同旋转的制动衬垫3190，可滑动地联接到第二轴部3030b的电枢3192，缠绕在电枢3192上用于选择性地产生电磁场的场或线圈3194，以及封闭离合器3154的所有前述零件的离合器壳体3196。转子 3188由铁磁材料构成，并且与第一轴部3030a共同旋转，这分别利用了在转子 3188和第一轴部3030a上配合的非圆形横截面轮廓。另外，转子3188通过固定螺栓3197轴向保持到第一轴部3030a(图24)。在其它实施方式中，转子3188 可以花键配合到具有相应花键区域的第一轴部3030a上。止推轴承3172位于离合器壳体3196的向内延伸的环形壁3174和转子3188之间，以便于转子3188 相对于壳体3196旋转。紧固件3198容纳在转子3188和制动衬垫3190中的对应孔中，以连接转子3188和制动衬垫3190。虽然紧固件3198被示出为铆钉，但是在其它实施方式中，紧固件3198可以替代地为螺钉、螺栓、销或其他合适的紧固件。

参考图23，电枢3192也由铁磁材料构成。电枢3192花键配合到第二轴部3030b的对应的花键区域3199，由此允许电枢3192相对于第二轴部3030b 可轴向移动。此外，电枢3192包括延伸穿过电枢3192的面对转子的表面的周向凹槽3200。铸造工艺用与电枢3192的铁磁材料不同的材料填充周向凹槽 3200。凹槽3200内设置的材料具有高的摩擦性质的系数，使得需要相对较大的力度使物体(例如，制动衬垫3190)抵靠设置在凹槽3200内的材料上滑动。类似地，制动衬垫的3190面向电枢的表面由具有高摩擦系数的材料构成。因此，当制动衬垫3190和电枢3192彼此接触时，产生大摩擦力，从而确保从转子3188到电枢3192(或者第一轴部3030a到第二轴部3030b)的快速扭矩传递。在一些实施方式中，制动衬垫3190的面向电枢的表面和电枢3192的面向转子的表面可各自包括至少一个脊以增加配合表面的接触表面面积。

继续参考图23，线圈3194的通电利用来自扭矩换能器3054的输入而由主控制器58(图2所示)来控制。当线圈3194通电时，线圈3194产生磁场，由此磁化转子3188的铁磁材料和电枢3192的铁磁材料。这样，当机电离合器 3154处于接合模式时(图23)，电流施加到线圈3194，使转子3188和电枢3192 磁化，接着使电枢3192和制动衬垫3190接合。相反，当离合器3154处于脱离模式(未示出)时，电流从线圈3194去除，导致转子3188和电枢3192去磁，这接着使得电枢3192和制动衬垫3190脱离。在脱离模式中，在制动衬垫 3190和电枢3192之间存在空气间隙。在一些实施方式中，偏置构件(例如，弹簧，未示出)可以被定位在制动衬垫3190和电枢3192之间，以当机电离合器3154处于脱离模式时维持制动衬垫3190和电枢3192之间的分离。

在操作中，离合器3154可以限制从工具3010传递到紧固件的扭矩的量。当启动紧固件驱动操作时，响应于用户按下触发器138，线圈3194被通电，并且电机3018被启动，触发器138使第一轴部3030a在用户期望的特定方向上旋转。由于制动衬垫3190在离合器3154的接合模式下与电枢3192接合，所以扭矩通过第一轴部3030a传递到第二轴部3030b。第二轴部3030b在与第一轴部3030a相同的方向上被驱动，然后第一轴部3030a驱动变速器22和输出主轴26。通过紧固件或工件施加在输出主轴26上的反作用扭矩或“运行扭矩”在刀头驱动紧固件时由换能器组件3054测量。

机电离合器3154将保持在接合模式，直到主控制器58(使用来自扭矩换能器3054的输入)确定运行扭矩已经达到预定扭矩阈值。然后，通过主控制器58使机电离合器3154从接合模式致动到脱离模式。具体而言，主控制器 58从线圈3194中去除电流，其对转子3188和电枢3192进行去磁，从而将电枢3192与制动衬垫3190分离。结果，第一和第二轴部3030a、3030b之间的旋转连接迅速断开，从而防止电机3018在动态制动时随后产生的扭矩被传递超出第一轴部3030a。这增加了工具3010的整体精确度，因为紧固件的扭矩超限减少或者完全消除。在电机3018停止之后，控制器58可以重新将线圈3194 通电，从而磁化转子3188和电枢3192，以重新接合电枢3192和制动衬垫3190，以使工具3010准备用于随后的紧固件驱动操作。

离合器3154允许的可传递扭矩的量可以通过以下方式进行调节：(1)改变施加到线圈3194的电流的大小；(2)改变制动衬垫3190和电枢3192上的脊的尺寸；(3)增加制动衬垫3190和电枢3192上的材料的摩擦系数；或其任意组合。通过工具3010上的显示装置1057、工具的用户界面或通过与工具3010 无线通信的远程显示器，可以将改变施加到线圈3194的电流的大小程序化。

如图25所示，在紧固件或工件元件上的扭矩超限根据被紧固的接头(例如，硬接头或软接头)的类型而变化很大。扭矩超限的常见因素包括电机停用时的延迟反应时间和电机停止所花费的时间量。因此，由于电机产生旋转动力工具的动能的至少90％，因此将电机与变速器分离是有益的。克服扭矩超限的另一种方法是尽可能早地检测紧固件就位的时刻。图26示出了典型的螺栓扭矩曲线，其中在紧固顺序期间测量了扭矩对旋转角度。施加在紧固件上的扭矩随着紧固件就位而增加，这是早期检测至关重要的一个原因。通过控制器对测量的扭矩进行信号滤波可以延迟控制器的反应时间，由此进一步增加紧固件上的扭矩，直到峰值扭矩超过目标。机电离合器3154有助于避免紧固件上的扭矩超限(例如上述那些)。

在下面的权利要求中阐述了本发明的各种特征。

Claims (20)

1.一种用于动力工具的换能器组件，所述换能器组件包括壳体、电机、接收来自所述电机的扭矩的输出主轴、以及定位在所述电机与所述输出主轴之间的行星齿轮变速器，所述行星齿轮变速器包括环形齿轮，所述组件包括：

附接到壳体的支架；

包括弓形外周面的突起，所述突起从所述支架的中心轴偏置并且沿与所述中心轴平行的方向从所述支架延伸；和

换能器，包括：

带孔的内毂，通过所述孔容纳有所述突起的远端，所述突起的弓形外周面与至少部分地限定所述孔的壁段呈线接触；附接到所述环形齿轮的外边缘，

将所述内毂连接到所述边缘的柔性腹板，以及附接到所述柔性腹板的传感器，用于响应于从所述输出主轴施加到所述环形齿轮的反作用扭矩来检测所述柔性腹板的应力。

2.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述突起的所述弓形外周面限定有第一半径，并且其中，所述壁段包括由大于所述第一半径的第二半径限定的弓形形状。

3.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述壁段是平的。

4.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述突起是第一突起，并且所述内毂中的所述孔是第一孔，并且其中，所述换能器组件还包括：

第二突起，所述第二突起包括弓形外周面，所述第二突起从所述支架的所述中心轴偏置并且在与所述中心轴平行的方向上从所述支架延伸，以及

在所述内毂中的第二孔，通过所述第二孔容纳有所述第二突起的远端，所述第二突起的弓形外周面与至少部分地限定所述第二孔的第二壁段呈线接触。

5.根据权利要求4所述的换能器组件，其中，所述第一和第二突起在相反方向上从所述中心轴径向偏置，并且其中，所述第一和第二孔沿相反方向从所述中心轴径向偏置。

6.根据权利要求1所述的换能器组件，还包括：

限定在环形齿轮和外边缘中的一者中的径向延伸的狭槽；以及附接到环形齿轮和外边缘中的另一者上的径向延伸突起，所述突起与至少部分地限定狭槽的壁段呈线接触。

7.根据权利要求6所述的换能器组件，其中，所述内毂的所述孔与所述径向延伸的狭槽角度偏置成90度的角度。

8.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述柔性腹板是多个柔性腹板中的第一柔性腹板，所述多个柔性腹板围绕所述中心轴以相等的增量成角度地间隔开，其中，所述柔性腹板的厚度从所述外边缘或所述内毂中的至少一者朝向每个柔性腹板的中点逐渐地锥形化。

9.根据权利要求8所述的换能器组件，其中，每个柔性腹板的厚度从所述外边缘朝向每个柔性腹板的中点逐渐锥形化，并且其中，每个柔性腹板的厚度从所述内毂朝向每个柔性腹板的中点逐渐锥形化。

10.根据权利要求8所述的换能器组件，其中，所述柔性腹板的锥形厚度在与所述中心轴平行的方向上被测量。

11.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述柔性腹板是将所述内毂与所述边缘互连的多个柔性腹板中的第一腹板，并且其中，所述传感器是附接到各个所述柔性腹板的多个传感器中的第一个。

12.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述传感器是被配置为输出与所述柔性腹板的应变的大小成比例的电压信号的应力计。

13.一种旋转动力工具，包括：

壳体；

电机；

从所述电机接收扭矩的输出主轴；

位于所述电机和所述输出主轴之间的行星齿轮变速器，所述行星齿轮变速器包括环形齿轮；

固定在所述壳体上的支架；

包括弓形外周面的突起，所述突起从所述支架的中心轴偏置并且沿与所述中心轴平行的方向从所述支架延伸；以及

换能器，包括：

带孔的内毂，通过所述孔容纳有所述突起的远端，所述突起的弓形外周面与至少部分地限定所述孔的壁段呈线接触；附接到所述环形齿轮的外边缘，

将所述内毂连接到所述边缘的柔性腹板，以及附接到所述柔性腹板的传感器，所述传感器用于响应于从所述输出主轴施加到所述环形齿轮的反作用扭矩来检测所述柔性腹板的应力。

14.根据权利要求13所述的旋转动力工具，其中，所述突起是第一突起，并且所述内毂中的所述孔是第一孔，并且其中，所述旋转动力工具还包括：

第二突起，所述第二突起包括弓形外周面，所述第二突起从所述支架的所述中心轴偏置并且在与所述中心轴平行的方向上从所述支架延伸，以及

在所述内毂中的第二孔，通过所述第二孔容纳有所述第二突起的远端，所述第二突起的弓形外周面与至少部分地限定所述第二孔的第二壁段呈线接触。

15.根据权利要求14所述的旋转动力工具，其中，所述第一和第二突起在相反方向上从所述中心轴径向偏置，并且其中，所述第一和第二孔沿相反方向从所述中心轴径向偏置。

16.根据权利要求13所述的旋转动力工具，还包括：

限定在环形齿轮和外边缘中的一者中的径向延伸的狭槽；以及附接到环形齿轮和外边缘中的另一者上的径向延伸突起，所述突起与至少部分地限定狭槽的壁段呈线接触。

17.根据权利要求16所述的旋转动力工具，其中，所述内毂的所述孔与所述径向延伸的狭槽角度偏置成90度的角度。

18.根据权利要求13所述的旋转动力工具，其中，所述柔性腹板是多个柔性腹板中的第一柔性腹板，所述多个柔性腹板围绕所述中心轴以相等的增量成角度地间隔开，其中，所述柔性腹板的厚度从所述外边缘或所述内毂中的至少一者朝向每个柔性腹板的中点逐渐地锥形化。

19.根据权利要求13所述的旋转动力工具，其中，所述传感器是被配置为输出与所述柔性腹板的应变的大小成比例的电压信号的应力计。

20.根据权利要求19所述的旋转动力工具，还包括与所述应力计电子通信的控制器，所述控制器用于在所述动力工具的操作期间接收并校准所述电压信号至施加到所述外边缘的反作用扭矩的测量值。