CN215825216U

CN215825216U - 电动工具以及用于电动工具的冲击机构的锤

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Publication number: CN215825216U
Application number: CN201990001294.6U
Authority: CN
Inventors: J·P·施奈德; J·S(第四)·戴伊; T·R·奥伯曼
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: US11465264B2; US20230015954A1; EP3894137A4; WO2020123423A1; US11938598B2; EP3894137A1; US20200180128A1

Abstract

一种电动工具，一种用于电动工具的冲击机构的锤，以及与电动工具内的部件相关的位置感测。电动工具内的部件是例如冲击机构的锤，并且可以包括一个或多个可感测特征，其允许电动工具的控制器精确地确定部件的位置、速度和加速度。可以使用一个或多个传感器来确定锤的旋转位置和锤的轴向位置。然后，可以使用锤的旋转位置来计算例如锤的旋转速度和加速度。通过精确地确定锤的旋转和轴向位置，电动工具的控制器能够精确地设置锤和砧座之间的冲击时机，以优化锤和砧座之间的冲击，例如最大化锤和砧座之间的能量传递。

Description

电动工具以及用于电动工具的冲击机构的锤

技术领域

本实用新型涉及电动工具以及用于电动工具的冲击机构的锤。具体地，本实用新型涉及感测电动工具内的部件的位置。

背景技术

诸如冲击工具或扳手之类的电动工具通常用于向工具元件和工件(例如紧固件)提供冲击旋转力或间歇性施加扭矩以拧紧或松开紧固件。

实用新型内容

在第一方面，提供了用于感测电动工具内的部件的位置的改进技术。例如，电动工具内的部件可以是冲击机构的锤、与冲击机构的锤相关联的弹簧、凸轮、活塞，冲头等。电动工具内的部件可以包括一个或多个可感测特征(即，能够被感测的特征)，其允许电动工具的控制器精确地确定部件的位置、速度和加速度。例如，电动工具可以包括具有锤和砧座的冲击机构。可以使用一个或多个传感器来确定锤的旋转位置和锤的轴向位置。然后，可以使用锤的旋转位置来计算例如锤的旋转速度和加速度。通过精确地确定锤的旋转和轴向位置，电动工具的控制器能够精确地设置锤和砧座之间的冲击时机，以优化锤和砧座之间的冲击(例如，以最大化锤和砧座之间的能量传递、更好地预测电动工具输出等)。此外，精确地确定锤的旋转和轴向位置允许计算在冲击事件之前和之后锤中的动能。然后，可以基于计算的锤中的动能来控制电动工具(例如，修改马达速度、改变马达方向、修改马达电力等)。

在电动工具的控制器能够优化锤和砧座之间的冲击的情况下，电动工具的操作可以改进。例如，可以增加锤和砧座的耐用性，可以减少由电动工具产生的振动，并且可以提高电动工具的效率。可以通过改进的时机设置来增加锤和砧座的耐用性，因为锤和砧座之间的接触表面积可以增加，这减小了锤和砧座上的接触应力。电动工具振动的减少降低了例如螺钉松动或马达电线断裂的风险。电动工具的减少振动还可以提高用户在使用电动工具时的舒适度。电动工具效率的提高有助于保持一致和可预测的电流消耗(例如，从电池组)并且可以增加电动工具的扭矩输出。

在第二方面，提供了一种电动工具，其包括马达、冲击机构、冲击外壳、传感器以及处理单元。冲击机构联接到马达并包括锤和砧座。锤由马达驱动。锤包括第一可感测特征和第二可感测特征。砧座被配置为接收来自锤的冲击。冲击外壳容纳砧座和锤。传感器被配置为通过感测锤的第一可感测特征和锤的第二可感测特征来生成指示锤的旋转特性的输出信号。处理单元连接到传感器和马达。处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来控制马达。

在第二方面的一些实施例中，第一可感测特征是锤的切口部分，并且第二可感测特征是锤的非切口部分。

在第二方面的一些实施例中，锤包括多个切口部分以及锤包括多个非切口部分。

在第二方面的一些实施例中，多个切口部分是一致的。

在第二方面的一些实施例中，锤包括第三可感测特征。

在第二方面的一些实施例中，第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征位于锤的突出部上，并且锤包括多个突出部。

在第二方面的一些实施例中，基于锤的每个突出部的周向位置，对于多个突出部中的每一个，第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征中的每一个具有不同的尺寸。

在第二方面的一些实施例中，第一可感测特征是多个突出部中的每一个的平坦圆周表面，第二可感测特征对应于多个突出部中的每一个的高度，以及第三可感测特征对应于相邻突出部之间的斜面。

在第二方面的一些实施例中，锤的旋转特性是锤的旋转位置，以及处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来确定锤的旋转位置。

在第二方面的一些实施例中，锤的旋转位置是锤的绝对旋转位置。

在第二方面的一些实施例中，处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来识别多个突出部中的一个。

在第二方面的一些实施例中，处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来确定锤的旋转速度。

在第二方面的一些实施例中，处理单元被配置为基于锤的旋转速度来确定冲击机构的回弹系数。

在第二方面的一些实施例中，回弹系数是基于在锤与砧座的冲击之前的第一旋转速度以及在锤与砧座的冲击之后的第二旋转速度确定的。

在第二方面的一些实施例中，处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来确定锤的旋转加速度。

在第二方面的一些实施例中，处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来确定电动工具的操作类型。

在第二方面的一些实施例中，传感器是磁传感器。

在第二方面的一些实施例中，电动工具还包括第二磁传感器。

在第二方面的一些实施例中，电动工具还包括第二传感器，其被配置为生成指示砧座的旋转特性的输出信号。

在第二方面的一些实施例中，砧座的旋转特性是砧座的旋转位置。

在第二方面的一些实施例中，电动工具还包括第三传感器，其被配置为生成指示锤与砧座的接近度的输出信号。

在第二方面的一些实施例中，电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

在第三方面，提供了一种控制电动工具的马达的方法。电动工具包括冲击机构。冲击机构包括锤和砧座。该方法包括使用传感器感测锤的第一可感测特征，以及从传感器生成输出信号。输出信号具有与锤的第一可感测特征相关的第一值。该方法还包括使用传感器感测锤的第二可感测特征，以及从传感器生成输出信号。输出信号具有与锤的第二可感测特征相关的第二值。该方法还包括在处理单元接收输出信号，以及基于具有与锤的第一可感测特征相关的第一值以及与锤的第二可感测特征相关的第二值的输出信号，控制电动工具的马达。

在第三方面的一些实施例中，第一可感测特征是锤的切口部分，并且第二可感测特征是锤的非切口部分。

在第三方面的一些实施例中，锤包括多个切口部分，以及锤包括多个非切口部分。

在第三方面的一些实施例中，多个切口部分是一致的。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：使用传感器，感测锤的第三可感测特征；以及从传感器生成输出信号，该输出信号具有与锤的第三可感测特征相关的第三值。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：基于具有与锤的第三可感测特征相关的第三值的输出信号，控制电动工具的马达。

在第三方面的一些实施例中，第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征位于锤的突出部上，并且锤包括多个突出部。

在第三方面的一些实施例中，基于锤上的每个突出部的周向位置，对于多个突出部中的每一个，第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征中的每一个具有不同的尺寸。

在第三方面的一些实施例中，第一可感测特征是多个突出部中的每一个的平坦圆周表面，第二可感测特征对应于多个突出部中的每一个的高度，以及第三可感测特征对应于相邻突出部之间的斜面。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：根据来自传感器的输出信号来确定锤的旋转特性。

在第三方面的一些实施例中，锤的旋转特性是锤的旋转位置。

在第三方面的一些实施例中，锤的旋转位置是绝对旋转位置。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：基于来自传感器的输出信号来识别多个突出部中的一个。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：基于来自传感器的输出信号来确定锤的旋转速度。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：基于锤的旋转速度来确定冲击机构的回弹系数。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：基于在锤与砧座的冲击之前的第一旋转速度以及在锤与砧座的冲击之后的第二旋转速度，确定回弹系数。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：基于来自传感器的输出信号来确定锤的旋转加速度。

在第三方面的一些实施例中，传感器是磁传感器。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：从第二传感器生成第二输出信号，该第二输出信号指示砧座的旋转特性。

在第三方面的一些实施例中，砧座的旋转特性是砧座的旋转位置。

在第三方面的一些实施例中，该方法还包括：从第三传感器生成第三输出信号，该第三输出信号指示锤与砧座的接近度。

在第三方面的一些实施例中，电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

在第四方面，提供了一种用于电动工具的冲击机构的锤。锤包括突出部，其包括第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征。

在第四方面的一些实施例中，锤包括多个突出部，以及每个突出部包括第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征。

在第四方面的一些实施例中，基于锤上的每个突出部的周向位置，对于多个突出部中的每一个，第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征中的每一个具有不同的尺寸。

在第四方面的一些实施例中，第一可感测特征是多个突出部中的每一个的平坦圆周表面，第二可感测特征对应于多个突出部中的每一个的高度，以及第三可感测特征对应于相邻突出部之间的斜面。

在第五方面，提供了一种用于电动工具的冲击机构的锤。锤包括多个第一可感测特征，以及多个第二可感测特征。多个第一可感测特征是锤的切口部分。多个第二可感测特征是锤的非切口部分。

在第五方面的一些实施例中，多个切口部分是一致的。

在第六方面，提供了一种电动工具，其包括马达、冲击机构、冲击外壳、传感器以及处理单元。冲击机构联接到马达。冲击机构包括锤、砧座以及弹簧。锤由马达驱动。锤包括第一可感测特征和第二可感测特征。砧座被配置为接收来自锤的冲击。弹簧被配置为轴向偏置锤接合砧座。冲击外壳容纳砧座、锤和弹簧。传感器被配置为生成指示弹簧的压缩的输出信号。处理单元连接到传感器和马达。处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来控制马达。

在第六方面的一些实施例中，来自传感器的输出信号对应于锤的轴向位置，以及处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来确定锤的轴向位置。

在第六方面的一些实施例中，传感器是电感传感器，其被配置为生成指示弹簧的压缩的输出信号。

在第六方面的一些实施例中，电感传感器是拉伸电感传感器。

在第六方面的一些实施例中，电感传感器是线圈电感传感器。

在第六方面的一些实施例中，线圈电感传感器位于弹簧的底部。

在第六方面的一些实施例中，电动工具还包括：第二线圈电感传感器，其中第二线圈电感传感器位于与弹簧的底部相对的弹簧的第二端。

在第六方面的一些实施例中，电动工具还包括：连接到弹簧的导体，其中导体远离弹簧延伸并且部分地覆盖电感传感器的一部分。

在第六方面的一些实施例中，电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

在第七方面，提供了一种控制电动工具的马达的方法。电动工具包括冲击机构。冲击机构包括锤、砧座以及弹簧。该方法包括使用传感器感测弹簧的压缩，从传感器生成指示弹簧的压缩的输出信号，在处理单元接收输出信号，以及基于指示弹簧的压缩的输出信号，使用处理单元来控制电动工具的马达。

在第七方面的一些实施例中，来自传感器的输出信号对应于机构的轴向位置。

在第七方面的一些实施例中，传感器是电感传感器。

在第七方面的一些实施例中，电感传感器是拉伸电感传感器。

在第七方面的一些实施例中，电感传感器是线圈电感传感器。

在第七方面的一些实施例中，该方法还包括：使用第二线圈电感传感器，感测弹簧的压缩；从第二线圈电感传感器生成指示弹簧的压缩的第二输出信号；在处理单元接收第二输出信号；以及基于指示弹簧的压缩的第二输出信号，使用处理单元来控制电动工具的马达。

在第七方面的一些实施例中，电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

在第八方面，提供了一种电动工具，其包括马达、凸轮、被配置为生成指示凸轮的旋转位置的输出信号的传感器，以及连接到传感器和马达的处理单元。处理单元被配置为基于来自传感器的输出信号来控制马达。

在第八方面的一些实施例中，传感器是电感传感器。

在第八方面的一些实施例中，电感传感器是拉伸电感传感器。

在第八方面的一些实施例中，电感传感器是线圈电感传感器。

在第八方面的一些实施例中，电动工具还包括：第二线圈电感传感器，其被配置为生成指示凸轮的旋转位置的第二输出信号。

在第八方面的一些实施例中，处理单元被配置为基于输出信号和第二输出信号来确定凸轮的旋转位置。

在第八方面的一些实施例中，电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

在第九方面，提供了一种控制电动工具的马达的方法。电动工具包括凸轮和传感器。该方法包括使用传感器感测凸轮的旋转位置，从传感器生成指示凸轮的旋转位置的输出信号，在处理单元接收输出信号，以及基于指示凸轮的旋转位置的输出信号，使用处理单元来控制电动工具的马达。

在第九方面的一些实施例中，该方法还包括：基于来自传感器的输出信号来确定凸轮的旋转位置。

在第九方面的一些实施例中，传感器是电感传感器。

在第九方面的一些实施例中，电感传感器是拉伸电感传感器。

在第九方面的一些实施例中，电感传感器是线圈电感传感器。

在第九方面的一些实施例中，该方法还包括：使用第二传感器，感测凸轮的旋转位置；从第二传感器生成第二输出信号，第二输出信号指示凸轮的旋转位置；在处理单元接收第二输出信号；以及基于指示凸轮的旋转位置的第二输出信号，使用处理单元来控制电动工具的马达。

在第九方面的一些实施例中，电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

在第十方面，提供了一种控制电动工具的马达的方法。电动工具包括冲击机构。冲击机构包括锤和砧座。该方法包括基于选择的操作模式和触发器拉动来驱动马达，使用传感器检测锤的位置，基于锤的位置优化锤和砧座之间的冲击，检测锤和砧座之间的冲击，在检测到锤和砧座之间的冲击之后，递增动作计数器，确定动作计数器是否大于或等于动作阈值，以及当动作计数器大于或等于动作阈值时，改变马达的操作。

在第十方面的一些实施例中，该方法还包括：重置动作计数器。

在第十方面的一些实施例中，改变马达的操作包括停止马达。

在第十方面的一些实施例中，改变马达的操作包括减小马达的速度。

在第十方面的一些实施例中，改变马达的操作包括增加马达的速度。

通过考虑详细描述和附图，实施例的其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据本实用新型一个实施例的电动工具。

图2是图1的电动工具的框图。

图3是图1的电动工具的单独(isolated)冲击机构的侧视图。

图4A示出了根据本文描述的多个实施例的锤，其包括可由传感器感测的多个特征。

图4B示出了图4A的锤的多个可感测特征。

图4C示出了与紧固操作和松开操作相关的传感器输出信号波形。

图4D和图4E示出了由具有预期电池组阻抗的电池组供电的电动工具的时序图和扭矩-速度曲线图。

图4F和图4G示出了由具有高于预期的电池组阻抗的电池组供电的电动工具的时序图和扭矩-速度曲线图。

图4H和图4I示出了由具有低于预期的电池组阻抗的电池组供电的电动工具的时序图和扭矩-速度曲线图。

图5A示出了图4A的锤，其包括可由多个传感器感测的多个特征。

图5B示出了图5A的锤的多个可感测特征。

图5C示出了与紧固操作和松开操作相关的传感器输出信号波形。

图6A是图4A的包括多个可感测特征的锤的透视图。

图6B示出了处于第一旋转和轴向位置的图4A的锤。

图6C示出了处于第二旋转和轴向位置的图4A的锤。

图6D示出了处于第三旋转和轴向位置的图4A的锤。

图7A、图7B、图7C和图7D示出了根据本文描述的多个实施例的锤，其包括可由传感器感测的特征。

图8A示出了相对于砧座处于第一轴向位置的锤。

图8B示出了用于感测砧座旋转的多个传感器。

图9A示出了相对于砧座处于第二轴向位置的锤。

图9B示出了用于感测砧座旋转的多个传感器。

图10A示出了根据本文描述的多个实施例的锤，其处于第一位置并且包括可由传感器感测的特征。

图10B示出了与图10A的锤的轴向运动相关的传感器信号输出波形。

图10C示出了与图10A的锤的紧固操作和松开操作相关的传感器信号输出波形。

图11A示出了根据本文描述的多个实施例的锤，其处于第二位置并且包括可由传感器感测的特征。

图11B示出了与图11A的锤的轴向运动相关的传感器信号输出波形。

图11C示出了与图11A的锤的紧固操作和松开操作相关的传感器信号输出波形。

图12A、图12B、图12C和图12D示出了锤的轴向位置与锤的旋转的关系。

图13A、图13B和图13C示出了根据本文描述的多个实施例的弹簧和用于检测弹簧的压缩的传感器。

图13D是图13A、图13B和图13C的弹簧的线圈密度与长度的关系的曲线图。

图14A、图14B和图14C示出了根据本文描述的多个实施例的弹簧和用于检测弹簧的压缩的传感器。

图15A、图15B和图15C示出了根据本文描述的多个实施例的弹簧和用于检测弹簧的压缩的多个传感器。

图16A、图16B和图16C示出了根据本文描述的多个实施例的包括导电构件的弹簧和用于检测弹簧的压缩的传感器。

图17A、图17B和图17C示出了根据本文描述的多个实施例的包括导电构件的弹簧和用于检测弹簧的压缩的传感器。

图18A示出了可旋转凸轮。

图18B、图18C和图18D示出了根据本文描述的多个实施例的图18A的凸轮和用于检测凸轮的旋转的传感器。

图19A示出了可旋转凸轮。

图19B、图19C和图19D示出了根据本文描述的多个实施例的图19A的凸轮和用于检测凸轮的旋转的多个传感器。

图20A和图20B示出了根据本文描述的多个实施例的PEX管扩展器，其包括位置传感器。

图21A和图21B示出了根据本文描述的多个实施例的压接器，其包括位置传感器。

图22A和图22B示出了压接器活塞的线性位移与完成压接动作所需的力的关系。

图23是用于控制电动工具的操作的过程。

具体实施方式

在详细解释任何实施例之前，应当理解，实施例的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件布置。本实用新型能够具有其他实施例，并且能够以各种方式实践或实施。另外，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”，“连接”，“支撑”和“联接”及其变型被广泛使用，并且涵盖直接和间接的安装，连接，支撑和联接。

此外，应当理解，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，可以将这些硬件、软件和电子部件或模块示出并描述为好像大多数部件仅在硬件中实现。然而，本领域普通技术人员基于对本详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以用软件实现(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上)，该软件可由一个或多个处理单元(例如微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行。因此，应当注意，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现实施例。例如，说明书中描述的“服务器”和“计算装置”可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接多个部件的不同连接(例如，系统总线)。

与数量或条件结合使用的相对术语(例如“约”、“大约”、“大体上”等)将被普通技术人员理解为包括所述值并且具有上下文规定的含义(例如，该术语至少包括与测量精确度、与特定值相关的公差[例如制造、组装、使用等]等相关的误差程度)。此类术语也应被视为公开了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2至约4”也公开了“2至 4”的范围。相对术语可以指在特定的值上加或减一百分比(例如，1％、5％、10％或更多)。

本文描述为由一个部件执行的功能可由多个部件以分布式方式执行。同样，多个部件执行的功能可由单个部件合并和执行。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未描述的附加功能。例如，以特定方式“配置”的装置或结构至少以这种方式配置，但是也可以未列出的方式配置。

本文描述的实施例涉及一种电动工具，其包括一个或多个传感器，以用于检测电动工具内的部件的位置。电动工具内的部件可以是例如冲击机构的锤、与冲击机构的锤相关联的弹簧、凸轮、活塞、冲头等。一个或多个传感器包括一个或多个电感传感器、一个或多个磁传感器、电感和磁传感器的组合等。该一个或多个传感器用于检测部件的位置以便控制电动工具的操作。在一些实施例中，基于例如锤的回弹系数、冲击机构的锤和砧座之间的冲击次数等来控制电动工具。电动工具内的部件可以包括一个或多个可感测特征，其允许电动工具的控制器精确地确定部件的位置、速度和加速度。例如，在一些实施例中，该部件是冲击机构的锤。锤被配置为使得它包括第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征。该可感测特征由一个或多个传感器感测，并且电动工具的控制器使用来自一个或多个传感器的输出信号来精确地确定锤的旋转位置、速度和加速度。

锤的位置可以是锤的旋转或角位置，或者锤的位置可以是锤的轴向位置。在一些实施例中，传感器用于确定锤的旋转位置和锤的轴向位置。通过精确地确定锤的旋转位置和轴向位置，电动工具的控制器能够精确地设置锤和砧座之间的冲击时机，以优化锤和砧座之间的冲击(例如，以使锤和砧座之间的能量传递最大化)。在电动工具的控制器能够优化锤和砧座之间的冲击的情况下，可以改进电动工具的操作。例如，可以增加锤和砧座的耐用性、可以减少由电动工具产生的振动、可以提高电动工具的效率，并且可以更精确地控制电动工具的扭矩输出。

图1示出了电动工具100，其包括无刷直流(“BLDC”)马达105。在无刷马达电动工具(例如电动工具100)中，开关元件由来自控制器的控制信号选择性地启用和停用，以选择性地施加来自电源(例如，电池组)的电力，以驱动(例如，控制)无刷马达。在一些实施例中，电动工具100是无刷冲击扳手，其包括具有中心轴线115的壳体110，手柄部分120和马达壳体部分125。马达壳体部分125机械地联接到容纳输出单元135的冲击外壳130。冲击外壳130形成电动工具100的鼻部，并且可由与壳体110不同的材料制成。例如，冲击外壳130可以是金属，而壳体110可以是塑料。电动工具100还包括模式选择按钮140、正向/反向选择器145、触发器150、电池接口155和灯160。尽管图1所示的电动工具100是冲击扳手，但是电动工具100也可以是不同类型的工具，例如锤钻、冲击孔锯、冲击驱动器等。

电动工具100还包括冲击机构165，冲击机构165包括砧座170和锤175。冲击机构165位于冲击外壳130内并通过传动装置195机械地连接到马达105(参见图3)。传动装置195可以包括例如齿轮或其他机构，以将来自马达105的旋转动力传递到冲击机构165，并且具体地传递到锤175。锤175通过弹簧180被轴向地偏置以接合砧座170。锤175周期性地冲击砧座170以增加由电动工具100提供的扭矩量(例如，砧座170驱动输出单元135)。砧座170包括接合结构185，其与砧座170的一些部分旋转地固定。接合结构185包括多个突起190(例如，在所示实施例中为两个突起)，以接合锤175并接收来自锤175的冲击。在冲击事件或循环期间，随着马达105继续旋转，电动工具100遇到更大的阻力并且上紧 (winds-up)联接到锤175的弹簧180。当弹簧180压缩时，弹簧180朝向马达105缩回，同时拉动锤175，直到锤175与砧座170脱离接合并且向前冲以撞击并重新接合砧座170。冲击是指其中弹簧180释放并且锤175撞击砧座170的事件。冲击增加砧座170提供的扭矩量。

图2示出了包括控制器200的无刷电动工具100的机电图。控制器200电连接和/ 或可通信地连接到电动工具100的多个模块或部件。例如，所示的控制器200连接到电源 205、多个场效应晶体管(“FETs”)210、马达105、霍尔效应传感器215(也称为霍尔传感器)、一个或多个位置传感器220、用户输入225、其它部件230(例如，电池组电量计，工作灯[例如，LEDs]，电流/电压传感器等)、一个或多个指示器235(例如，LEDs)，以及被配置为与外部装置245(例如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机等)通信的通信电路240(例如，收发器或有线接口)。通信电路240及其与外部装置245的通信在例如于2017 年8月31日公布的名称为“包括输出位置传感器的电动工具(POWER TOOL INCLUDING AN OUTPUT POSITIONSENSOR)”的美国专利申请公开号2017/0246732中更详细地描述，其全部内容通过引用并入本文。

控制器200包括硬件和软件的组合，其可操作以控制电动工具100的操作、检测与冲击机构165相关联的线性位置和/或旋转位置、控制提供给马达105的电力等。在一些实施例中，控制器200包括多个电气和电子部件，其向控制器200和/或电动工具100内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器200包括处理单元250(例如，微处理器、微控制器或其他合适的可编程装置)、存储器255、输入单元260和输出单元265等。处理单元250包括控制单元270、算术逻辑单元(“ALU”)275和多个寄存器280(在图2 中被示为一组寄存器)等，并使用已知计算机体系结构(例如，改进的哈佛体系结构、冯诺依曼体系结构等)实现。处理单元250、存储器255、输入单元260和输出单元265，以及连接到控制器200的多个模块通过一个或多个控制总线和/或数据总线(例如，公共总线 285)连接。在图2中一般地示出了控制总线和/或数据总线以用于说明的目的。基于本文描述的实用新型，本领域技术人员将知道如何使用一个或多个控制件总线和/或数据总线以用于多个模块和部件之间的互连和通信。

存储器255是包括例如程序存储区和数据存储区的非暂时性计算机可读介质。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如，动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁、光、物理或电子存储装置。处理单元250连接到存储器255并且执行软件指令，该软件指令能够存储在存储器255的RAM(例如，在执行期间)、存储器255的ROM(例如，在大体永久的基础上)，或另一种非暂时性计算机可读介质(例如另一个存储器或磁盘)中。包括在电动工具100 的实施中的软件可以存储在控制器200的存储器255中。该软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块以及其他可执行指令。控制器200被配置为从存储器中检索并执行与本文描述的电动工具100的控制相关的指令等。在其他构造中，控制器200包括附加的、更少的或不同的部件。

电源205向电动工具100的多个部件提供直流(DC)电力。在一些实施例中，电源205是可再充电的并且使用例如锂离子电池单元技术的电动工具电池组。在其他实施例中，电源205可以从联接到标准壁装插座的工具插头接收交流(AC)电力(例如，120V/60Hz)，然后滤波、调节并整流接收到的电力以输出DC电力。在一些实施例中，电动工具100包括例如用于在控制器200和电源205之间提供通信线路或链路的通信线路290。

霍尔传感器215中的每一个输出马达反馈信息，例如与马达105的转子的磁体何时旋转经过霍尔传感器215的面相关的指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔传感器215的马达反馈信息，控制器200能够直接确定转子的旋转位置、速度和加速度。除了转子位置的直接测量，霍尔传感器215还可以提供关于砧座170的位置的间接信息。一个或多个位置传感器220输出关于例如砧座170，锤175、弹簧180等的位置的信息。

电动工具100被配置为以多种模式操作。例如，控制器200从用户输入225接收用户控制，例如通过使用模式选择按钮140选择操作模式、移动正向/反向选择器145或按下触发器150。响应于马达反馈信息和用户控制，控制器200生成控制信号以控制FETs 210 驱动马达105。通过选择性地启用和停用FETs 210，来自电源205的电力被选择性地施加到马达105的定子线圈以使马达105的转子旋转。尽管未明确地示出，但是电动工具100 的一个或多个位置传感器220和其它部件电联接到电源205，使得电源205向那些部件提供电力。

在一些实施例中，控制器200还控制电动工具100的其他方面，例如工作灯160和 /或电量计的操作、记录使用数据、与外部装置的通信等。在一些实施例中，电动工具100 被配置为基于由电动工具100的锤部分执行的冲击次数来控制马达的操作。例如，在一些实施例中，控制器200被配置为监测与冲击机构165相关联的位置、速度和/或加速度的变化，以检测由电动工具100执行的冲击次数。控制器200然后可以基于检测到的冲击次数控制马达105。通过直接监测冲击机构165，控制器200可以有效地控制例如在工具的电池电量和马达速度的整个范围内的冲击次数(即，无论电池电量或马达速度如何)。

图3是冲击机构165的单独侧视图，冲击机构165联接到用于驱动冲击机构165的传动装置195。一个或多个位置传感器220可以与冲击机构165的多个部分相关联，以检测冲击机构165的一个或多个特性或属性。冲击机构的特性包括例如锤175的线性位置、弹簧180的线性位置(例如，弹簧180的压缩状态)、锤175的旋转位置、锤175的旋转方向等。在一些实施例中，可以检测电动工具的其他部件的特性，例如凸轮的旋转位置。

在一些实施例中，一个或多个位置传感器220包括一个或多个电感传感器，其被配置为生成电磁场并基于检测到的电磁场的变化来检测物体的存在(或接近度)。在其他实施例中，一个或多个位置传感器220包括一个或多个磁传感器，其被配置为检测变化的磁场。该一个或多个磁传感器可以包括例如霍尔效应传感器、磁阻传感器，或者被配置为检测磁矢量的另一传感器。在一些实施例中，该一个或多个磁传感器包括各向异性磁电阻(“AMR”)传感器。不需要使用单一类型的传感器(例如，电感传感器、磁传感器等)。例如，可使用磁传感器和电感传感器的组合以实现与冲击机构165或电动工具100的另一部件相关的期望检测和监测水平。作为一个说明性示例，可使用一个或多个电感传感器检测与冲击机构 165相关联的旋转位置，并且可使用一个或多个磁传感器检测与冲击机构165相关联的线性位置。可替代地，可使用一个或多个磁传感器检测与冲击机构165相关联的旋转位置，并且可使用一个或多个电感传感器检测与冲击机构165相关联的线性位置。无论用于实现与冲击机构165相关的期望检测和监测水平的传感器的具体组合如何，本文所描述的实施例提供了用于准确地并精确地检测和监测与冲击机构165相关联的运动的改进技术。

图4A是锤300的前视图，其包括第一可感测特征305、第二可感测特征310和第三可感测特征315。可感测特征305、310和315对应于围绕锤300的外部或圆周部分定位的多个齿或突出部。突出部的形状允许传感器320检测锤300的旋转方向、锤300的旋转或角位置以及由锤300执行的操作类型(例如，紧固、松开等)等。如前所述，传感器320 可以是例如电感传感器、磁传感器等。如图4A所示，可感测特征305、310和315中的每一个可取决于相关联的突出部围绕锤300的圆周部分的位置而变化。例如，在锤300上的每个突出部包括第一可感测特征305、第二可感测特征310和第三可感测特征315，它们的尺寸与锤300上的其他突出部不同。在图4A所示的实施例中，第一可感测特征对应于突出部的平坦外部或圆周表面。平坦圆周表面的长度取决于特定的突出部而变化(即，更短或更长)。第二可感测特征对应于突出部的高度。突出部的高度类似地取决于特定的突出部而变化(即，更高或更低)。第三可感测特征315对应于在相邻突出部之间的斜面(ramp)。取决于突出部沿着锤300的圆周部分的位置以及例如突出部的高度，该斜面的长度可以变化(即，对于较短的突出部则较短，并且其长度随着突出部的高度增加而逐渐增加)。

基于在锤300旋转时生成的来自传感器320的一个或多个输出信号(例如，正电压、负电压、无电压、高于限制的电压等)，可以精确地确定锤300的旋转位置、速度和加速度。此外，如图4B所示，可以基于正在执行的操作类型来检测不同的可感测特征。例如，感测第二可感测特征310的传感器320指示正在执行紧固操作。感测第三可感测特征315的传感器320可以指示正在执行松开操作。如图4C所示，来自传感器320的输出信号的值可以基于传感器320正在检测哪个可感测特征而变化。另外，随着被感测的可感测特征改变(即变得更大或更小)，可以识别锤300的圆周部分或特定突出部上的特定位置(例如，绝对旋转位置)。在一些实施例中，传感器320和控制器200能够确定锤300的精确旋转位置的精确度取决于位于锤300的圆周部分周围的突出部的数量。在图4A所示的实施例中，锤300 包括十六个突出部，这允许控制器200以大约22.5°的旋转精确度检测锤300的旋转位置。锤300所包括的突出部的数量由例如用于检测锤300的旋转运动的期望精确度决定。因此，在其他实施例中，锤300可以包括更多或更少的突出部。

当分析在一段时间内的锤300的多个位置测量值时，可以导出与锤300相关的其他测量值(例如，速度、加速度等)。因此，传感器320提供控制器200用来确定锤300的位置、速度和/或加速度的直接信息。当锤300接近砧座170时(例如，在锤300冲击砧座170 之前的瞬间和在锤300冲击砧座170之后的瞬间)，控制器200检测锤300的旋转。

通过检测锤300的旋转(例如在冲击砧座170之前和之后的瞬间)，控制器200可以确定冲击机构165的回弹系数。回弹系数是在锤300和砧座170之间的冲击之后的瞬间的锤300的旋转或角速度与在冲击之前的瞬间的锤300的旋转或角速度的比率。回弹系数与锤300传递到砧座170的冲击能量的量有关。与较低的回弹系数(例如，0.1)相比，较高的回弹系数(例如，0.5)一般对应于更高的冲击能量。基于计算到的回弹系数，控制器 200可以调整或优化锤300和砧座170之间的冲击时机。例如，控制器200可以通过修改马达105的旋转速度来修改锤300的旋转速度。控制器200被配置为修改锤300的旋转速度 (即，增加或减小速度)，以使得锤300在紧接着锤300冲击砧座170之前达到最大旋转速度。控制器200被配置为修改锤300的旋转速度以补偿电源(例如，电池组)阻抗、电源电压、接头状况(例如，软接头、硬接头、衬垫接头等)等。

例如，可以基于特定的电池组来设计电动工具100，并且该电池组具有特定的阻抗。当使用该电池组为电动工具100供电时，马达105生成的旋转速度和扭矩如预期的那样，并且锤300和砧座170之间的冲击的时机被正确设置(参见图4D和图4E)。然而，与电动工具100被设计为使用的电池组相比，太高的电池组阻抗可能导致马达105的意外低扭矩和旋转速度(参见图4F和图4G)。由于较高的阻抗，因此锤300和砧座170之间的冲击时机不对，并且马达105的速度应该被调整(例如，增加)以补偿电池组的阻抗。类似地，与电动工具100被设计为使用的电池组相比，太低的电池组阻抗可能导致马达105的意外高扭矩和旋转速度(参见图4H和图4I)。由于较低的阻抗，因此锤300和砧座170之间的冲击时机同样不对，并且马达105的速度应该被调整(例如，减小)以补偿该阻抗。较低的阻抗还可能通过锤300或砧座170的崩裂或抠动(spooning)而造成损坏。控制器200 可以被配置为确定电动工具100所连接到的电池组的阻抗(例如，通过感测电池组的阻抗、从电池组接收电池组阻抗等)。通过优化锤300和砧座170之间的冲击时机，控制器200可以提高锤300和砧座170的耐用性，减少由电动工具100产生的振动，并提高电动工具的效率。

图5A、图5B和图5C示出了上面关于图4A、图4B和图4C描述的锤300。图5A中的锤300的实施例不同于图4A中的锤300的实施例，因为包括了第二传感器325或多个传感器以用于感测锤300的可感测特征305、310和315。第二传感器325可以是例如电感传感器、磁传感器等。通过添加第二传感器325，控制器200能够使用来自第一传感器320 和第二传感器325的输出信号来例如更精确地确定锤300的旋转位置。在一些实施例中，控制器200被配置为比较来自传感器320的输出信号和来自传感器325的输出信号。比较输出信号和比较信号之间的差异允许控制器200例如更精确地检测锤300的旋转位置。

在图6A示出了来自图4A和图5A的锤300相对于印刷电路板(“PCB”)330和砧座 170的透视图。在图6A所示的实施例中，PCB 330可以包括一个或多个传感器(例如，电感传感器)以用于检测砧座170的旋转位置。如前所述，传感器320被配置为生成允许控制器200确定锤300的旋转或角位置的输出信号。图6A所示的实施例还包括附加的传感器或传感器托架335。传感器335被配置为检测锤300的轴向位置。例如，当锤300旋转时，锤300在轴向方向上移位(例如，远离砧座170然后朝向砧座170)以冲击砧座170。传感器320检测锤300的运动的旋转分量，并且传感器335检测锤300的运动的轴向分量。基于来自用于检测锤300运动的传感器的输出信号，控制器200可以确定例如锤300的轨迹。然后，控制器200可以使用锤300的轨迹来基于锤300运动的轴向分量和旋转分量确定冲击何时发生。在一些实施例中，PCB330包括用于感测锤300的轴向位移的传感器。

关于图6B、图6C和图6D更详细地示出锤300的运动。图6B示出了对于300弧度/ 秒的相应旋转速度的锤300的轴向位置。图6B例如对应于锤300在与砧座170冲击的瞬间。图6C对应于锤300在另一次砧座撞击之前远离砧座170行进。锤300的旋转运动减小到100 弧度/秒并且锤300轴向位移例如3毫米。图6D对应于锤300定位在距砧座170的最远距离处，其具有20弧度/秒的旋转速度和大约16毫米的轴向位移。锤300的旋转速度可以由控制器200基于使用传感器320、325的可感测特征305、310和315的一系列位置测量来确定。作为一个说明性示例，控制器200可以然后使用锤300的所确定的旋转速度和测得的轴向位移来确定锤在冲击过程中的位置，以及计算锤300和砧座170之间的冲击次数。

图7A、图7B、图7C和图7D示出了锤400的另一实施例。参照图7A和图7B，锤 400与PCB 405和砧座170相关联。砧座170包括砧座突起450，并且锤400包括用于接合砧座突起450的锤突起455。PCB 405可以包括用于检测砧座170的旋转位置的一个或多个传感器(例如，电感传感器、磁传感器等)。参照图7B，可以使用传感器410来检测锤400 的旋转和/或轴向位置。传感器410可以是例如电感传感器、磁传感器等。传感器或传感器托架415还可被配置为检测锤400的轴向位置。在一些实施例中，PCB 405还包括用于感测锤400的轴向位移的传感器。

在图7C和图7D中更详细地示出锤400。如图7C和图7D所示，锤400包括多个可感测特征420。在图7C和图7D所示的实施例中，可感测特征420对应于锤400的主体中的切口。因此，当由传感器(例如，传感器410)感测到时，可感测特征420导致传感器输出与当传感器感测到锤400的非切口部分425时不同的信号。与关于图4A至图6D所示和所述的锤300不同，锤400的可感测特征420本质上大体一致。例如，与锤300的可感测特征相比，锤400的一致的可感测特征420提供更高的精确位置检测水平。图7D所示的锤400 包括三十个可感测特征420和非切口部分425，其允许控制器200以大约12°的旋转精确度检测锤400的旋转位置。尽管锤400包括三十个可感测特征420和三十个非切口部分425，但是锤400可以被制造为包括任何期望数量的可感测特征420。锤400中包括的可感测特征 420的数量由例如用于检测锤400的旋转运动的期望精确度决定。因此，在其他实施例中，锤400可以包括更多或更少的可感测特征420和更多或更少的非切口部分425。

关于图8A、图8B、图9A和图9B示出了锤400的轴向和旋转运动。如图8A所示，锤400位于砧座170(即，以冲击砧座170)和PCB 405附近。如图8B所示，PCB 405包括第一电感传感器430、第二电感传感器435、第三电感传感器440和第四电感传感器445。传感器430、435、440和445被配置为用于检测砧座170的旋转。当锤400已经从砧座170 反弹离开时，砧座170的旋转是使用传感器430、435、440和445测量的。例如，传感器 445被配置为检测锤400与砧座170的接近度。当锤400处于距砧座170的预定距离内时，控制器200不读取或忽略来自传感器430、435和440的输出信号。当锤400处于距砧座170 的预定距离之外时，控制器200基于来自传感器430、435和440的输出信号检测砧座170 的旋转。因此，当锤400接近砧座170和PCB 405时(如图8A所示)，控制器200不确定砧座170的旋转。然而，如图9A所示，锤400已经从砧座170和PCB 405反弹离开，使得控制器200将不会使用传感器430、435和440来检测砧座170的旋转。砧座170的旋转量对应于例如砧座170所执行的工作量。

与检测砧座170的旋转不同，当锤400接近砧座170和PCB 405时(例如，在锤400 冲击砧座170之前的瞬间和在锤400冲击砧座170之后的瞬间)，检测锤400的旋转。例如，参考图8A，控制器200检测到锤400的旋转，因为锤400接近砧座170。控制器200不检测图9A中的锤400的旋转，因为锤400已经从砧座170反弹离开。

通过检测锤400的旋转(例如在冲击砧座170之前和之后的瞬间)，控制器200可以确定冲击机构165的回弹系数。回弹系数是在锤400和砧座170之间的冲击之后的瞬间的锤400的旋转或角速度与在冲击之前的瞬间的锤400的旋转或角速度的比率。回弹系数与锤400传递到砧座170的冲击能量的量有关。与较低的回弹系数(例如，0.1)相比，较高的回弹系数(例如，0.5)大体对应于更高的冲击能量。基于所计算的回弹系数，控制器 200可以调整或优化锤400和砧座170之间的冲击时机。例如，控制器200可以通过修改马达105的旋转速度来修改锤400的旋转速度。控制器200被配置为修改锤400的旋转速度 (即，增加或减小速度)，以使得锤400在紧接着锤400冲击砧座170之前达到最大旋转速度。控制器200被配置为修改锤400的旋转速度以补偿电源(例如，电池组)阻抗、电源电压、接头状况(例如，软接头、硬接头、衬垫接头等)等。通过优化锤400和砧座170 之间的冲击时机，控制器200可以提高锤400和砧座170的耐用性，减少由电动工具100 产生的振动，并提高电动工具的效率。

在图10A、图10B和图10C中示出了锤400的轴向和旋转位置的感测(关于锤远离砧座170和PCB 405(例如，在与砧座170的冲击之后)。在图11A、图11B和图11C中示出了锤400的轴向和旋转位置的感测(关于锤接近砧座170和PCB 405(例如，当锤400将要冲击砧座170时)。参考图10A，因为锤400远离砧座170和PCB 405，所以传感器410不检测锤400的旋转位置。锤400的旋转位置的不检测在图10C中被示为来自传感器410的零值输出。因为没有检测锤400的旋转位置，所以不能确定锤400的旋转速度。可以使用安装在PCB 405上的检测锤400与PCB 405的距离的轴向位置传感器或使用传感器415来检测锤400的轴向位置。在一些实施例中，安装在PCB 405上的轴向传感器和传感器415 都可用于测量锤400的轴向位置。参考图10B，使用安装在PCB 405上的轴向位置传感器测量锤的轴向位置。与锤400接近PCB405时相比，当锤400远离PCB 405时，轴向位置传感器的正弦输出信号具有更长的周期。

参考图11A，锤400现在被示为接近PCB 405和砧座170。因此，轴向位置传感器的正弦输出信号具有比锤400远离PCB 405时更短的周期。此外，因为锤400接近PCB 405、砧座170和传感器410，所以传感器410检测锤400的旋转位置。因为传感器410能够检测锤400的旋转位置，所以锤400的旋转速度可以由控制器200确定。图11C示出了相对于电动工具100的紧固和松开操作的锤400的旋转速度。

图12A、图12B、图12C和图12D示出了锤400的轴向位置与锤400的旋转位置的关系。在图12A中，锤400的轴向位置处于位置1并且锤400正在接近砧座170(在图12A 至图12D中以黑色矩形示出)。在图12B中，锤400的轴向位置处于位置2并且锤400已经冲击砧座170。在图12C中，锤的轴向位置处于位置3并且锤400正从砧座170反弹离开。在图12D中，锤400的轴向位置处于距砧座170最大距离的位置4，并且锤400将要开始朝向砧座170向后移动。图12A至图12D的锤400的轴向位置的曲线图示出了不平均的锤400 的旋转。例如，当锤400正在位置3从砧座170反弹离开时，锤400实际沿与当锤400接近砧座170以撞击砧座170时相反(即，与马达105的旋转方向相反)的方向旋转。在锤400冲击砧座170之前不久，锤400以其最快的速度旋转(参见上面关于锤300的图6B至图6D)。

冲击机构165的轴向运动大体相对于锤175、300、400的运动和检测锤300、400 的轴向运动的传感器(例如，电感传感器、磁传感器等)进行描述。在其他实施例中，与冲击机构165相关联的轴向运动可以基于电动工具100的部件(除了冲击机构165的锤300、 400之外)来检测。例如，可以检测冲击机构的弹簧180的压缩，并且基于弹簧180的压缩，可以检测冲击机构165的轴向运动。

图13A、图13B和图13C示出了弹簧500和与弹簧500相关联的传感器505。出于说明的目的，弹簧500被单独示出(即，未与冲击机构165组装在一起)。然而，可以使用弹簧500代替图3的冲击机构165中的弹簧180。在所示的实施例中，传感器505是拉伸电感传感器。传感器505与在未压缩状态下的弹簧500的长度大体相同。当传感器505接近弹簧500时，传感器505输出与弹簧500横越传感器505的长度的程度相关(例如，与机构165的状态或轴向位置相关)的信号。如图13A所示，弹簧500横越传感器505的大体整个长度并输出对应于电流I₀的第一输出信号。由于弹簧500在锤175、300、400轴向地向前移动以冲击砧座170之前开始被压缩，因此弹簧横越传感器505的较少部分。因此，传感器505生成对应于电流I₁的第二输出信号。在图13C中，弹簧500大体完全压缩并且仅横越传感器505的长度的大约一半。在图13C中，传感器505生成对应于电流I₂的第三输出信号。第一、第二和第三输出信号I₀、I₁和I₂的值受弹簧500线圈的密度影响。例如，如图13D所示，在线圈密度和弹簧500的压缩长度之间存在已知的关系。

图13D所示的关系可由控制器200使用以将来自传感器505的输出信号与弹簧500的长度相关联。当控制器200知道弹簧500的长度时，控制器可以确定弹簧500的压缩量。然后，弹簧500的压缩量对应于锤300、400的轴向运动。通过监测弹簧500的压缩，控制器200然后可以确定例如锤300、400和砧座170之间的冲击何时发生，或者锤300、400 和砧座170之间的冲击何时将要发生。例如，控制器200可以基于弹簧500的轴向位移的方向(例如，弹簧500从伸展转变为压缩)确定已经发生了冲击。通过精确地确定锤300、 400的轴向位置，控制器200能够控制锤300、400冲击砧座170的时机。因此，控制器200 可以确保锤300、400的旋转速度在紧接着锤300、400冲击砧座170之前处于最大值。例如，控制器200可以使用锤300、400的轴向位置来确定在与砧座170冲击期间锤300、400 中的动能的量。如果锤300、400的速度太高，则可以修改(例如，减少或增加)到马达105 的电力以确保可实现目标回弹量以用于后续的冲击事件。在一些实施例中，这样的控制可以增加电动工具100的部件(例如凸轮球、凸轮轴、锤、齿轮等)所经受的力，然后在评估电动工具100的部件经受的应力时可以考虑这些力。

图14A、图14B和图14C示出了图13A至图13C的弹簧500和传感器505的一个替代实施方式。在图14A、图14B和图14C中，弹簧600的压缩由感应线圈传感器605检测。与弹簧500一样，弹簧600可用于代替图3的冲击机构165中的弹簧180。传感器605位于弹簧600底部附近，以检测弹簧600的压缩中的变化，因为锤300、400将被朝向传动装置 195拉回。与传感器505类似，传感器605基于弹簧600的压缩生成输出信号。随着弹簧 600被压缩并且弹簧600的线圈密度改变，传感器605生成的输出信号改变。例如，在图 14A的未压缩状态下，传感器605生成第一输出信号I₀。在图14B所示的部分压缩状态下，传感器605生成第二输出信号I₁。在图14C所示的完全压缩状态下，传感器605输出第三信号I₂。控制器200将来自传感器605的输出信号与弹簧600的长度相关联。当控制器200 知道弹簧600的长度时，控制器200可以确定锤300、400的轴向运动。通过监测弹簧600 的压缩，控制器200然后可以确定例如锤300、400和砧座170之间的冲击何时发生，或者锤300、400和砧座170之间的冲击何时将要发生。在一些实施例中，如果控制器200知道弹簧600的参数(弹簧预载、弹簧刚度等)和锤300、400的行进距离，则控制器200可以计算弹簧600所施加的力。由弹簧600施加的力允许控制器200确定存储在弹簧600中的势能，这允许更精确地控制锤300、400的动能。

例如，控制器200可以基于弹簧600的轴向位移方向(例如，弹簧600从伸展转变为压缩)确定已经发生了冲击。通过精确地确定锤300、400的轴向位置，控制器200能够控制锤300、400冲击砧座170的时机。因此，控制器200可以确保锤300、400的旋转速度在紧接着锤300、400冲击砧座170之前处于最大值。

图15A、图15B和图15C示出了图14A、图14B和图14C的弹簧和传感器实施方式的一个替代实施例。在图15A、图15B和图15C中，弹簧700的压缩由第一传感器705和第二传感器710检测。与弹簧500、600一样，弹簧700可用于代替图3的冲击机构165中的弹簧180。传感器710输出的信号大体上类似于上面关于图14A、图14B和图14C描述的来自传感器605的输出信号。传感器705生成输出信号，其与传感器710生成的信号不同。传感器705和710生成的输出信号可由控制器200组合使用，以确定例如弹簧700何时完全压缩或完全没有压缩。例如，与图14A、图14B和图14C的传感器605一样，控制器200 将来自传感器705、710的输出信号与弹簧700的长度相关联。当控制器200知道弹簧700 的长度时，控制器200可以确定锤300、400的轴向运动。通过监测弹簧700的压缩，控制器200然后可以确定例如锤300、400和砧座170之间的冲击何时发生，或者锤300、400 和砧座170之间的冲击何时将要发生。例如，控制器200可以基于弹簧700的轴向位移方向(例如，弹簧700从伸展转变为压缩)来确定已经发生了冲击。通过精确地确定锤300、 400的轴向位置，控制器200能够控制锤300、400冲击砧座170的时机。因此，控制器200 可以确保锤300、400的旋转速度在紧接着锤300、400冲击砧座170之前处于最大值。

图16A、图16B和图16C示出了弹簧800和传感器805。图16A、图16B和图16C 的实施例与图13A、图13B和图13C的实施例的不同之处在于弹簧800附接有导体810。与弹簧500、600和700一样，弹簧800可用于代替图3的冲击机构165中的弹簧180。导体 810远离弹簧800延伸，使得它部分地覆盖传感器805的一部分。传感器805是拉伸电感传感器。取决于导体810覆盖传感器805的位置，传感器805生成的输出信号将不同。由传感器805生成的对应于导体810覆盖传感器805的不同部分的输出信号可以存储在控制器 200的存储器255中。然后，控制器200可以分析来自传感器805的输出信号，以确定弹簧 800的压缩和弹簧800的长度。当控制器200知道弹簧800的长度时，控制器200可以确定锤300、400的轴向运动。通过监测弹簧800的压缩，控制器200然后可以确定例如锤300、 400和砧座170之间的冲击何时发生，或者锤300、400和砧座170之间的冲击何时将要发生。例如，控制器200可以基于弹簧800的轴向位移方向(例如，弹簧800从伸展转变为压缩)确定已经发生了冲击。通过精确地确定锤300、400的轴向位置，控制器200能够控制锤300、400冲击砧座170的时机。因此，控制器200可以确保锤300、400的旋转速度在紧接着锤300、400冲击砧座170之前处于最大值。

图17A、图17B和图17C示出了弹簧900和传感器905。弹簧900附接有导体910。与弹簧500、600、700和800一样，可以使用弹簧900代替图3的冲击机构165中的弹簧 180。导体910远离弹簧900延伸，使得它可以部分地覆盖传感器905的一部分。传感器905 是线圈电感传感器。取决于导体910接近传感器905的位置，传感器905生成的输出信号不同。传感器905生成的对应于导体910接近传感器905的不同部分的输出信号可以存储在控制器200的存储器255中。然后，控制器200可以分析来自传感器905的输出信号，以确定弹簧900的压缩和弹簧900的长度。当控制器200知道弹簧900的长度时，控制器 200可以确定锤300、400的轴向运动。通过监测弹簧900的压缩，控制器200然后可以确定例如锤300、400和砧座170之间的冲击何时发生，或者锤300、400和砧座170之间的冲击何时将要发生。例如，控制器200可以基于弹簧900的轴向位移方向(例如，弹簧900 从伸展转变为压缩)来确定冲击已经发生。通过精确地确定锤300、400的轴向位置，控制器200能够控制锤300、400冲击砧座170的时机。因此，控制器200可以确保锤300、400 的旋转速度在紧接着锤300、400冲击砧座170之前处于最大值。

除了检测锤300、400的旋转位置、锤300、400的轴向位置，以及弹簧500、600、 700、800、900的压缩之外，还可使用一个或多个位置传感器220来检测电动工具内常见的其他部件的运动。例如，如图18A所示，凸轮1000被配置为绕轴线1005旋转。凸轮1000 的旋转可以由传感器1010检测并且在凸轮1000旋转时由控制器200监测。例如，在图18B、图18C和图18D中，传感器1010是拉伸电感传感器。随着凸轮1000旋转，凸轮1000覆盖传感器1010的一部分。由于凸轮1000的非对称形状，因此来自传感器1010的输出信号取决于凸轮1000的旋转量而不同。因此，控制器200能够将来自传感器1010的输出信号的值与凸轮1000的旋转量相关联。

图19A示出了被配置为绕轴线1105旋转的凸轮1100。如图19B、图19C和图19D 所示，凸轮1100绕轴线1105的旋转可以由传感器1110、1115、1120和1125检测，并在凸轮1100旋转时由控制器200监测。例如，在图19B、图19C和图19D中，传感器1110、 1115、1120和1125是线圈电感传感器。随着凸轮1100旋转，凸轮1100可以部分或完全地覆盖传感器1110、1115、1120和1125的部分。由于凸轮1100的非对称形状，来自传感器 1110、1115、1120和1125的输出信号取决于凸轮1100的旋转量而变化。因此，控制器200 能够将来自传感器1110、1115、1120和1125的输出信号的值与凸轮1100的旋转量相关联。

图20A和图20B示出了包括一个或多个位置传感器1205的电动工具1200的一个具体实施例。电动工具1200是PEX管扩展器，其被配置成扩展例如高达1.5英寸的PEX管。电动工具1200基于凸轮1210的旋转操作。当凸轮1210旋转时，冲头1215线性地移动。一个或多个位置传感器1205位于电动工具1200的上部(例如，在冲头1215上方)和凸轮 1210附近。因此，一个或多个位置传感器1205(例如关于图18A至图18D或图19A至图19D 描述的位置传感器)可用于检测凸轮1210的旋转运动。凸轮1210的位置决定了在电动工具1200中生成多少机械优势。例如，如果电动工具1200的马达汲取的电流超过凸轮1210 的给定位置的预定限制，则电动工具1200可能需要维修(例如，电动工具1200损坏、正在不可接受的温度下操作等)。

图21A和图21B示出了包括一个或多个位置传感器1305的电动工具1300的一个具体实施例。电动工具1300是压接器。电动工具1300基于活塞1310的线性运动操作。当活塞1310线性移动时，活塞1310打开和闭合钳口1315。一个或多个位置传感器1305位于电动工具1300的向前部或前部(例如，在钳口1315附近)，并且在活塞1310的向前端或前端附近。因此，一个或多个位置传感器1305(例如关于图13A至图13C、图14A至图14C、图 15A至图15C、图16A至图16C或图17A至图17C描述的位置传感器)可用于检测活塞1310 的线性运动。

例如，图22A示出了曲线图1320，其示出了电动工具1300必须施加到钳口机构以成功压接物体(例如，管道配件)的力的量。电动工具1300的钳口机构在活塞位移的大约 0.0和0.8英寸之间施加相对较小的力。负载的逐渐增加然后减小表示当物体被电动工具 1300固定时物体的弹性和塑性变形。成功压接所需的力取决于例如钳口1315的公差、环境温度和具体应用。

当钳口1315之间没有要压接的物体时，负载分布是不同的，因为钳口1315在闭合位置开始(即，而不是被偏压打开)并且钳口机构在活塞1310的行程后期施加力。图22B 示出了具有与图22A的物体不同的直径的物体(例如，管道配件)的曲线图1325。图22B 中的电动工具1300施加的力低于图22A的，但电动工具1300最终达到全行程状态。为了防止在全行程时损坏电动工具1300，使用了活塞1310的硬停止。当达到硬停止时，电动工具1300施加的力迅速增加并且大于完成压接动作所需的力。一个或多个位置传感器1305 可以向控制器200提供与活塞1310的位移相关的连续信号，并指示何时达到硬停止。因此，一个或多个位置传感器1305(例如，电感传感器)可用于代替磁传感器。与磁传感器一起使用的磁体可以吸引可能损坏霍尔传感器的杂散金属片。此外，由于活塞停止位置的过冲和下冲，使用马达转数来控制活塞1310的位移是不够的。该一个或多个传感器1305是有利的，因为可以确定活塞1310的实际位置并且可以避免活塞1310的停止位置的过冲和下冲的累积。

图23是与电动工具100、电动工具1200或电动工具1300的操作相关的过程1400。过程1400一般涉及电动工具100、1200、1300的操作模式，其中基于检测到的动作或动作次数来控制电动工具100、1200、1300。例如，该动作可以是锤300、400冲击砧座170期间的锤动作。在一些实施例中，该动作是凸轮1210的旋转(参见图20B)。在其他实施例中，该动作是活塞1310的延伸(参见图21B)。电动工具100、1200、1300的每个动作都是通过激活用于驱动马达的触发开关来启动的。例如，具体参照电动工具100，控制器200根据所选择模式(例如，紧固或松开)和所检测得触发器150拉动来驱动马达105(步骤1405)。控制器200还使用一个或多个位置传感器220检测例如锤300、400的位置(步骤1410)。基于使用一个或多个位置传感器220检测到的锤300、400的位置，控制器200优化锤300、 400和砧座170之间的动作或冲击(例如，以最大化锤300、400和砧座170之间得能量传递)(步骤1415)。

控制器200然后检测动作(例如，锤300、400冲击砧座170)(步骤1420)。控制器200通过例如检测和监测锤300、400的旋转和/或轴向位置来检测该动作。当锤300、400 已经旋转了预定距离或在轴向方向上移动了表示锤300、400冲击砧座170所需的距离的预定距离时，控制器200将动作计数器以一递增(步骤1425)。在一些实施例中，控制器200 在检测到动作之后优化动作，并且步骤1415和步骤1420在过程1400中可互换。然后，控制器200确定动作计数器是否大于或等于动作阈值(步骤1430)。动作阈值指示要执行的用户指定的动作数量(例如，用于要被拧紧的紧固件)。如果动作计数器不大于动作阈值，则控制器200继续操作马达105并返回到步骤1405。当动作计数器大于或等于动作阈值时，控制器200改变马达105的操作(例如，停止马达105、减小马达105的速度、增加马达 105的速度等)(步骤1435)，并重置动作计数器(步骤1440)。在一些实施例中，提供了绕过步骤1420至步骤1440并替代地在步骤1415之后返回到步骤1405的优化方法。

因此，本文描述的实施例尤其提供了用于检测或确定电动工具中的部件的位置并基于检测到或所确定的部件位置来控制电动工具的操作的技术。在权利要求中阐述了多种特征和优点。

Claims

1.一种电动工具，其特征在于，所述电动工具包括：

马达；

冲击机构，其联接到所述马达，所述冲击机构包括：

锤，其由所述马达驱动，所述锤包括第一可感测特征和第二可感测特征，以及

砧座，其被配置为接收来自所述锤的冲击，

冲击外壳，其容纳所述砧座和所述锤；

传感器，其被配置为通过感测所述锤的所述第一可感测特征和所述锤的所述第二可感测特征来生成指示所述锤的旋转特性的输出信号；以及

处理单元，其连接到所述传感器和所述马达，所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来控制所述马达。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述第一可感测特征是所述锤的切口部分，并且所述第二可感测特征是所述锤的非切口部分。

3.根据权利要求2所述的电动工具，其特征在于：

所述锤包括多个所述切口部分；以及

所述锤包括多个非切口部分。

4.根据权利要求3所述的电动工具，其特征在于，所述多个切口部分是一致的。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述锤包括第三可感测特征。

6.根据权利要求5所述的电动工具，其特征在于：

所述第一可感测特征、所述第二可感测特征和所述第三可感测特征位于所述锤的突出部上；以及

所述锤包括多个突出部。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于，基于所述锤的每个突出部的周向位置，对于所述多个突出部中的每一个，所述第一可感测特征、所述第二可感测特征和所述第三可感测特征中的每一个具有不同的尺寸。

8.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于：

所述第一可感测特征是所述多个突出部中的每一个的平坦圆周表面；

所述第二可感测特征对应于所述多个突出部中的每一个的高度；以及

所述第三可感测特征对应于相邻突出部之间的斜面。

9.根据权利要求6所述的电动工具，其特征在于：

所述锤的所述旋转特性是所述锤的旋转位置；以及

所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来确定所述锤的所述旋转位置。

10.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述锤的所述旋转位置是所述锤的绝对旋转位置。

11.根据权利要求10所述的电动工具，其特征在于，所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来识别所述多个突出部中的一个。

12.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来确定所述锤的旋转速度。

13.根据权利要求12所述的电动工具，其特征在于，所述处理单元被配置为基于所述锤的所述旋转速度来确定所述冲击机构的回弹系数。

14.根据权利要求13所述的电动工具，其特征在于，所述回弹系数是基于在所述锤与所述砧座的冲击之前的第一旋转速度以及在所述锤与所述砧座的所述冲击之后的第二旋转速度确定的。

15.根据权利要求9所述的电动工具，其特征在于，所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来确定所述锤的旋转加速度。

16.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来确定所述电动工具的操作类型。

17.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述传感器是磁传感器。

18.根据权利要求17所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括第二磁传感器。

19.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括第二传感器，其被配置为生成指示所述砧座的旋转特性的输出信号。

20.根据权利要求19所述的电动工具，其特征在于，所述砧座的所述旋转特性是所述砧座的旋转位置。

21.根据权利要求20所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括第三传感器，其被配置为生成指示所述锤与所述砧座的接近度的输出信号。

22.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

23.一种用于电动工具的冲击机构的锤，其特征在于，所述锤包括：

突出部，其包括第一可感测特征、第二可感测特征和第三可感测特征。

24.根据权利要求23所述的锤，其特征在于：

所述锤包括多个突出部，以及

每个突出部包括所述第一可感测特征、所述第二可感测特征和所述第三可感测特征。

25.根据权利要求24所述的锤，其特征在于，基于所述锤上的所述每个突出部的周向位置，对于所述多个突出部中的每一个，所述第一可感测特征、所述第二可感测特征和所述第三可感测特征中的每一个具有不同的尺寸。

26.根据权利要求25所述的锤，其特征在于：

所述第三可感测特征对应于相邻突出部之间的斜面。

27.一种用于电动工具的冲击机构的锤，其特征在于，所述锤包括：

多个第一可感测特征；以及

多个第二可感测特征，

其中，所述多个第一可感测特征是所述锤的多个切口部分，并且

其中，所述多个第二可感测特征是所述锤的多个非切口部分。

28.根据权利要求27所述的锤，其特征在于，所述多个切口部分是一致的。

29.一种电动工具，其特征在于，所述电动工具包括：

马达；

冲击机构，其联接到所述马达，所述冲击机构包括：

锤，其由所述马达驱动，所述锤包括第一可感测特征和第二可感测特征，

砧座，其被配置为接收来自所述锤的冲击，以及

弹簧，其被配置为轴向偏置所述锤接合所述砧座；

冲击外壳，其容纳所述砧座、所述锤和所述弹簧；

传感器，其被配置为生成指示所述弹簧的压缩的输出信号；以及

30.根据权利要求29所述的电动工具，其特征在于：

来自所述传感器的所述输出信号对应于所述锤的轴向位置；以及

所述处理单元被配置为基于来自所述传感器的所述输出信号来确定所述锤的所述轴向位置。

31.根据权利要求29所述的电动工具，其特征在于，所述传感器是电感传感器，其被配置为生成指示所述弹簧的所述压缩的所述输出信号。

32.根据权利要求31所述的电动工具，其特征在于，所述电感传感器是拉伸电感传感器。

33.根据权利要求31所述的电动工具，其特征在于，所述电感传感器是线圈电感传感器。

34.根据权利要求33所述的电动工具，其特征在于，所述线圈电感传感器位于所述弹簧的底部。

35.根据权利要求34所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括：

第二线圈电感传感器，

其中，所述第二线圈电感传感器位于与所述弹簧的所述底部相对的所述弹簧的第二端。

36.根据权利要求31所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括：

导体，其连接到所述弹簧，

其中，所述导体远离所述弹簧延伸并且部分地覆盖所述电感传感器的一部分。

37.根据权利要求36所述的电动工具，其特征在于，所述电感传感器是拉伸电感传感器。

38.根据权利要求36所述的电动工具，其特征在于，所述电感传感器是线圈电感传感器。

39.根据权利要求29所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。

40.一种电动工具，其特征在于，所述电动工具包括：

马达；

凸轮；

传感器，其被配置为生成指示所述凸轮的旋转位置的输出信号；以及

41.根据权利要求40所述的电动工具，其特征在于，所述传感器是电感传感器。

42.根据权利要求41所述的电动工具，其特征在于，所述电感传感器是拉伸电感传感器。

43.根据权利要求41所述的电动工具，其特征在于，所述电感传感器是线圈电感传感器。

44.根据权利要求43所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具还包括：

第二线圈电感传感器，其被配置为生成指示所述凸轮的所述旋转位置的第二输出信号。

45.根据权利要求44所述的电动工具，其特征在于，所述处理单元被配置为基于所述输出信号和所述第二输出信号来确定所述凸轮的所述旋转位置。

46.根据权利要求40所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具选自由以下组成的组：冲击扳手、冲击驱动器、锤钻、冲击孔锯、压接器以及PEX管扩展器。