CN219227288U - 具有无线通信能力的动力工具 - Google Patents

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CN219227288U CN202190000517.4U CN202190000517U CN219227288U CN 219227288 U CN219227288 U CN 219227288U CN 202190000517 U CN202190000517 U CN 202190000517U CN 219227288 U CN219227288 U CN 219227288U
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D·哈尔贝格
M·马蒂亚斯埃里克森
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Abstract

一种动力工具，包括：第一结构(5)；第二结构(3)；第一线圈结构(9)，其设置于第一结构(5)；第二线圈结构(11)，其设置于第二结构(3)，其中，所述第二线圈结构(11)配置为与第一线圈结构(9)相互感应作用，以能够在第一线圈结构(9)和第二线圈结构(11)之间进行数据的无线通信；第一屏蔽板(15)，其设置在第一线圈结构(9)和第一结构(5)之间，所述第一屏蔽板(15)配置为使由第一线圈结构(9)感应产生的磁通从第一结构(5)改变方向；以及第二屏蔽板(17)，其设置在第二线圈结构(11)和第二结构(3)之间，所述第二屏蔽板(17)配置为使由第二线圈结构(11)感应产生的磁通从第二结构(3)改变方向。

Description

具有无线通信能力的动力工具
技术领域
本公开总体上涉及动力工具。
背景技术
工业用的动力工具(例如，螺母扳手)在诸如车辆制造的制造工业以及航空航天工业中广泛地使用。这种类型的动力工具通常具有与工件相互作用的工具头以及在用户操作动力工具时所手持的主体。该主体可以替代性地组成机器人的一部分。
制造工艺通常要求对动力工具施加的转矩进行高精度控制。因此，动力工具通常包括配置为测量所施加的转矩的转矩传感器。转矩传感器可以设置在工具头或主体中，或者设置在两者中。
转矩传感器可以例如包括布置于动力工具的旋转部件的应变计。滑环可以用于将应变计所测得的测量信号传送至静止部件。WO2019201589A1中公开了这种类型的动力工具。这种配置的一个潜在的缺点是：由于滑环随时间而劣化，测量信号可能会受到噪声的影响。
实用新型内容
在一些应用中，可能希望具有可互换的工具部件，其可以用于在制造过程中的不同应用。因此，诸如弯头的工具头能够可拆卸地连接至主体。
希望其能够在工具头和主体之间发送数据。例如，转矩传感器可以设置在工具头中，测量信号可能必须从工具头传至主体，并进一步传至用户界面或者动力工具控制器。
鉴于上述内容，本公开的目的为提供一种动力工具，其解决了或者至少减轻了现有技术的问题。
因此，本文提供一种动力工具，包括：第一结构，其为动力工具的主体；第二结构，其或者为动力工具的配置成可拆卸地附接至主体的可互换的齿轮附接件，或者为动力工具的可旋转构件；第一线圈结构，其布置于第一结构；第二线圈结构，其布置于第二结构，其中，所述第二线圈结构配置为与第一线圈结构相互感应作用，以能够在第一线圈结构和第二线圈结构之间进行数据的无线通信；第一屏蔽板，其布置在第一线圈结构和第一结构之间，所述第一屏蔽板配置为使由第一线圈结构感应产生的磁通从第一结构改变方向；以及第二屏蔽板，其设置在第二线圈结构和第二结构之间，所述第二屏蔽板配置为使由第二线圈结构感应产生的磁通从第二结构改变方向。
因此，在第一线圈结构和第二线圈结构之间无线地提供数据传输。从而信号随时间变差的风险可以降低。
此外，由于第一结构和/或第二结构通常可以包括铁质材料，因此第一屏蔽板和第二屏蔽板减小了由于在第一结构和第二结构中感应产生的涡流而造成的磁损耗。
动力工具可以例如为螺母扳手。
第一线圈结构可以具有机械柔性。第二线圈结构可以具有机械柔性。
根据一个示例，第一线圈结构和第二线圈结构可以配置为基于射频识别(RFID)标准来进行操作。
根据一个实施方案，第一屏蔽板为第一铁氧体片，第二屏蔽板为第二铁氧体片。
根据一个实施方案，第一线圈结构与第二线圈结构同中心地布置。
根据一个实施方案，第一线圈结构为矩形线圈，其被折叠以沿动力工具的周向方向沿第一结构的第一表面延伸，第二线圈结构为矩形线圈，其被折叠以沿周向方向沿第二结构的第二表面延伸。矩形(或者由于矩形的角可能略微变圆而为大致矩形)改善了信号传输。此外，其可以方便地放置于动力工具的现有凹槽中。
一个实施方案包括第一柔性基板，其中，第一线圈结构印制在第一柔性基板上，形成第一柔性印刷电路板，PCB，并且所述第一柔性印刷电路板被折叠以沿动力工具的周向方向沿第一结构的第一表面延伸。
一个实施方案包括第二柔性基板，其中，第二线圈结构印制在第二柔性基板上，形成第二柔性印刷电路板，PCB，所述第二柔性印刷电路板被折叠以沿周向方向沿第二结构的第二表面延伸。
根据一个实施方案，第一线圈结构包括第一功率传输线圈和单独的第一数据传输线圈，第二线圈结构包括第二功率传输线圈和单独的第二数据传输线圈，所述第二功率传输线圈配置为与第一功率传输线圈相互感应作用，所述第二数据传输线圈配置为与第一数据传输线圈相互感应作用。
因此，第一线圈结构和第二线圈结构可以形成双线圈互感器。这种配置进一步提高了信号传输。第一功率传输线圈和第二功率传输线圈可以优化用于传输功率信号。第一数据传输线圈和第二数据传输线圈可以优化用于传输包含数据的调制信号。因此，相比于如果第一线圈结构和第二线圈结构形成单个的线圈互感器的情况，调制信号不利地衰减将更小。
可选择地，第一线圈结构可以包括单个的线圈，第二线圈结构可以包括单个的线圈。第一线圈结构和第二线圈结构可以形成单个的线圈互感器。
一个实施方案包括配置成调制数据以获得调制信号的调制器电路，所述调制器电路配置为用调制信号来激励第二线圈结构，以在第一线圈结构中感应产生调制信号。
调制器电路可以例如配置为利用幅移键控(ASK)调制来进行调制。ASK调制可以例如为通断键控(OOK)调制。
一个实施方案包括解调器电路，所述解调器电路配置为对在第一线圈结构中感应产生的调制信号进行解调，以获得数据。
动力工具可以包括控制器，或者动力工具可以形成包括外部控制器的动力工具系统的一部分。解调器电路可以配置为直接地或间接地将数据提供至控制器。
一个实施方案包括功率传输电路，所述功率传输电路配置为用功率信号来激励第一线圈结构，以在第二线圈结构中感应产生功率信号从而驱动调制器电路。
功率传输电路可以配置为用频率低于调制信号的频率的功率信号来激励第一线圈结构。
功率信号可以例如具有比调制信号的频率低10阶或者更多的频率。
通过使功率信号和调制信号利用不同的频率，功率传输和信号传输可以同时地进行。特别是对于第一线圈结构和第二线圈结构包括单个的线圈并且形成单个的线圈互感器的情形可能尤其如此。
动力工具可以包括高通滤波器。高通滤波器可以配置为在调制信号于第一线圈结构中感应产生后将其从功率信号分离。因此，调制信号可以在由解调器进行解调之前恢复。
功率信号的振幅可以比调制信号大几个阶数。高通滤波器可以优选地具有非常陡峭的滚降率。高通滤波器可以为高阶多极滤波器，以使调制信号从功率信号有效地分离。高通滤波器可以例如具有至少4个极点，例如至少6个极点或者至少8个极点。
功率传输电路可以配置为激励第一功率传输线圈。
调制器电路可以配置为激励第二数据传输线圈。
根据一个实施方案，功率传输电路包括转换电路，所述转换电路配置为转换跨第一线圈结构的电压以产生功率信号。
转换电路可以例如包括反激式转换器、H桥放大器或者E类放大器。
第二结构可以具有面向主体的主体表面的第二结构表面，其中，所述第二线圈结构布置于第二结构表面。
可互换的齿轮附接件可以为诸如弯头或者直头的工具头。
可旋转构件可以例如为动力工具的行星齿轮、输出轴、冠状齿轮或者将输出轴联接至冠状齿轮的联接结构。
可旋转构件可以设置有电连接至第二线圈结构的传感器或者其他电子单元。传感器可以例如为转矩传感器、角度传感器或者力测量传感器。
转矩或者其他测量结果可以因此从可旋转构件无线地传输。
通常，除非本文另有明确地定义，权利要求书中使用的所有术语都要根据其在该技术领域中的通常含义进行解释。除非另有明确地声明，所有表述“一/一个/所述元件、设备、部件、装置等”都要被解释为开放性的，表示所述元件、设备、部件、装置等的至少一个情况。
附图说明
将参考附图以示例的方式对本创造性概念的具体实施方案进行描述，其中：
图1显示了动力工具的示例；
图2显示了图1中动力工具的主体和工具头的细节；
图3显示了图1中动力工具的主体和工具头之间的接合部位处的纵向截面的细节；
图4显示了线圈结构的示例；
图5显示了线圈结构的另一个示例；
图6示意性地显示了在动力工具中用于动力传输和数据传输的电感耦合的示例；
图7示意性地显示了用于动力传输和数据传输的电感耦合的另一个示例。
具体实施方式
在下文中，将参考显示示例性实施方案的附图对本创造性概念进行更充分地描述。然而，本创造性概念可以多种不同的形式来实施，并且不应被解释为限制于本文所列出的实施方案；相反，这些实施方案以示例的方式提出使得本公开全面并完整，且将本创造性概念的范围充分地传达给本领域的技术人员。在整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。
图1显示了动力工具1的示例。动力工具1可以例如为螺母扳手。动力工具1具有工具头3和主体5。工具头3附接至主体5。在本示例中，工具头3可拆卸地附接至主体5。工具头3可以为可互换的工具头或者可互换的齿轮附接件(gear attachment)。
工具头3可以例如为弯头或者直头。
主体5可以包括手柄7。在操作动力工具1时，使用者可以抓握手柄7来手持动力工具1。
图2显示了动力工具1的近视图。根据该示例，工具头3具有能够连接至主体5的端部3a。主体5具有配置为容纳端部3a的开口5a。
本文中，主体5也被称作“第一结构”。本文中，工具头3也被称作“第二结构”。
主体5设置有第一线圈结构9。在本示例中，第一线圈结构9设置于主体5的第一表面。第一表面可以例如为由开口5a所形成的通道的内表面。
第一线圈结构9可以沿着动力工具1的周向方向延伸。
工具头3的端部3a设置有第二线圈结构11。第二线圈结构11设置于工具头3的第二表面，所述工具头3的第二表面在与主体5组装时布置于主体5的内部。第二表面可以例如为端部3a的外表面。
第二线圈结构11可以沿着动力工具1的周向方向延伸。
当工具头3与主体5组装时，第一线圈结构9和第二线圈结构11同中心地布置。
图3显示了在工具头3已与主体5组装后的动力工具1的纵向截面的细节。图3显示了主体5和工具头3之间的接合部位。工具头3的端部3a延伸进入主体5。在该示例中，主体5和端部3a之间设置有气隙13。第一线圈结构9和第二线圈结构11配置为在整个气隙13上彼此相互电磁作用。
动力工具1包括布置在第一线圈结构9和主体5之间的第一屏蔽板15。第一屏蔽板(screen)15配置为使由第一线圈结构9感应产生的磁通从主体5改变方向。
第一屏蔽板15可以为第一铁氧体片。第一屏蔽板15可以具有机械柔性，从而使其能够在沿着动力工具1的周向方向延伸时支撑于主体5。
动力工具1包括布置在工具头3的第二线圈结构11和第二表面之间的第二屏蔽板17。第二屏蔽板17配置为使由第二线圈结构11感应产生的磁通从工具头3改变方向。
第二屏蔽板17可以为第二铁氧体片。第二屏蔽板17可以具有机械柔性，从而使其能够在沿着动力工具1的周向方向延伸时支撑于工具头3。
图4显示了第一线圈结构9和第二线圈结构11的实施的示例。根据该示例，动力工具1包括第一柔性基板21，第一线圈结构9印制在第一柔性基板21上。第一柔性基板21和第一线圈结构9形成第一柔性印刷电路板(PCB)19。第一柔性印刷电路板19被折叠以沿主体5的第一表面延伸。
动力工具1包括第二柔性基板25，第二线圈结构11印制在第二柔性基板25上。第二柔性基板25和第二线圈结构11形成第二柔性印刷电路板(PCB)23。第二柔性印刷电路板23被折叠以沿工具头3的第二表面延伸。
在图4所显示的示例中，第一线圈结构9为单个线圈，第二线圈结构11也为单个线圈。
图5显示了第一线圈结构9和第二线圈结构11的另一个示例。在该示例中，第一线圈结构9为图5中左侧所示的矩形线圈，其被折叠以沿动力工具1的周向方向沿主体5延伸。矩形线圈可以具有短边27和长边29。矩形线圈沿着其长边29被折叠。
第二线圈结构11为折叠的矩形线圈，以沿动力工具1的周向方向沿工具头3延伸。矩形线圈可以具有短边27和长边29。矩形线圈沿着其长边29被折叠。
现在转向图6，动力工具1包括功率传输电路31和解调器电路33。功率传输电路31和解调器电路电连接至第一线圈结构9。该示例中的第一线圈结构9为单个线圈。
第一结构(例如，主体5)包括功率传输电路31和解调器电路33。
动力工具1包括调制器电路35。调制器电路35电连接至第二线圈结构11。
动力工具1还可以包括电路37。电路37可以例如为诸如转矩传感器、角度传感器或者力测量传感器等传感器。电路37可以替代性地或额外地包括诸如用于处理由转矩传感器、角度传感器或者力测量传感器测量的测量结果的处理电路。
电路37电连接至第二线圈结构11。电路37电连接至调制器电路35。
第二结构(或者，工具头)包括调制器电路35。第二结构(或者，工具头)包括电路37。
功率传输电路31配置为用功率信号来激励(enerigise)第一线圈结构9，以向第二线圈结构11提供无线功率传输。第一线圈结构9配置为在第二线圈结构11中感应产生功率信号，所述功率信号可以驱动(power)调制器电路35，并且可选地驱动电路37。
功率传输电路31可以例如包括诸如反激式转换器、H桥放大器或者E类放大器的转换电路。转换电路配置为通过转换电压来产生功率信号，当所述功率信号在第二线圈结构11中感应产生时可以驱动调制器电路35，并且可选地驱动电路37。
调制器电路35配置为从电路37接收数据/信号，并且对该数据/信号进行调制从而产生调制信号。例如，该数据/信号可以例如为由电路37测量的测量结果和/或工具头的类型的标识符，和/或控制器(其配置为操作动力工具1)的与工具头3相关的校准数据。调制器电路35配置为用调制信号来激励第二线圈结构11，以在第一线圈结构9中感应产生调制信号。
调制器电路35可以例如配置为利用ASK调制来进行调制。ASK调制可以例如为OOK调制。
解调器电路33配置为在第一线圈结构9中已感应产生调制信号时对其进行解调。因此，第一结构(例如，主体5)的这一侧可以获得数据/信号。
根据一个替代性示例，主体也可以设置有调制器电路，工具头也可以设置有解调器电路。通过这种方式，在主体和工具头之间可以获得双向通信。
无线功率传输和无线数据传输可以通过使调制信号的频率偏离功率信号的频率来同时地进行。例如，调制信号的频率可以比功率信号的频率高10阶(the order 10)或者更多。在这种情况下，动力工具可以包括配置为将调制信号的频率从功率信号的频率分离的高通滤波器。高通滤波器可以至少设置在主体中。高通滤波器可以例如形成为解调器电路的一部分。
图7显示了动力工具1的另一个示例。该示例与图6中所显示的示例相似。然而，第一线圈结构9包括第一功率传输线圈9a和单独的第一数据传输线圈9b。第一功率传输线圈9a电连接至功率传输电路31。第一数据传输线圈9b电连接至解调器电路33。
第一功率传输线圈9a和第一数据传输线圈9b可以都印制在第一柔性基板上。
第二线圈结构11包括第二功率传输线圈11a和单独的第二数据传输线圈11b。
第一线圈结构9和第二线圈结构11形成双线圈互感器(dual coil transformer)。双线圈互感器利用单独的线圈组进行功率传输和数据传输。
第二功率传输线圈11a配置为与第一功率传输线圈9a相互感应作用。第一功率传输线圈9a配置为在第二功率传输线圈11a中感应产生功率信号。
第二数据传输线圈11b配置为与第一数据传输线圈9b相互感应作用。第二数据传输线圈11b配置为在第一数据传输线圈9b中感应产生调制信号。
第二数据传输线圈11b配置为电连接至调制器电路35。调制器电路35配置为用调制信号激励第二数据传输线圈11b。
第二功率传输线圈11a配置为电连接至调制器电路35，用于通过由第一功率传输线圈9a在第二功率传输线圈11a中感应产生的功率信号来驱动调制器电路35。
第二功率传输线圈11a和第二数据传输线圈11b可以都印制在第二柔性基板上。
根据一个替代性示例，主体也可以设置有调制器电路，工具头也可以设置有解调器电路。通过这种方式，可以利用双线圈互感器在主体和工具头之间获得双向通信。
根据本文所公开的任意示例中的一个变体形式，第一结构和第二结构都可以形成为主体或者工具头的任一部分。例如，第一结构可以为主体的静止部件，第二结构可以为可旋转构件。因此，数据可以在可旋转构件和静止部件之间进行无线传输。
上文主要参考一些示例对本创造性概念进行描述。然而，正如本领域技术人员容易理解的，除了上文公开的其它实施方案同样是有可能落入由所附权利要求书限定的本创造性概念的范围内。

Claims (11)

1.一种动力工具(1)，其特征在于，包括：
第一结构(5)，其为动力工具(1)的主体，
第二结构(3)，其或者为动力工具(1)的配置成可拆卸地附接至主体(5)的能够互换的齿轮附接件，或者为动力工具(1)的可旋转构件，
第一线圈结构(9)，其布置于第一结构(5)，
第二线圈结构(11)，其布置于第二结构(3)，其中，所述第二线圈结构(11)配置为与第一线圈结构(9)相互感应作用，以能够在第一线圈结构(9)和第二线圈结构(11)之间进行数据的无线通信，
第一屏蔽板(15)，其布置在第一线圈结构(9)和第一结构(5)之间，所述第一屏蔽板(15)配置为使由第一线圈结构(9)感应产生的磁通从第一结构(5)改变方向，以及
第二屏蔽板(17)，其布置在第二线圈结构(11)和第二结构(3)之间，所述第二屏蔽板(17)配置为使由第二线圈结构(11)感应产生的磁通从第二结构(3)改变方向。
2.根据权利要求1所述的动力工具(1)，其特征在于，所述第一屏蔽板(15)为第一铁氧体片，所述第二屏蔽板(17)为第二铁氧体片。
3.根据权利要求1或2所述的动力工具(1)，其特征在于，所述第一线圈结构(9)与第二线圈结构(11)同中心地布置。
4.根据权利要求1所述的动力工具(1)，其特征在于，所述第一线圈结构(9)为矩形线圈，其被折叠以沿动力工具(1)的周向方向沿第一结构(5)的第一表面延伸，所述第二线圈结构(11)为矩形线圈，其被折叠以沿周向方向沿第二结构(3)的第二表面延伸。
5.根据权利要求1所述的动力工具(1)，其特征在于，包括第一柔性基板(21)，其中，第一线圈结构(9)印制在所述第一柔性基板(21)上，形成第一柔性印刷电路板(19)，并且所述第一柔性印刷电路板(19)被折叠以沿动力工具(1)的周向方向沿第一结构(5)的第一表面延伸。
6.根据权利要求5所述的动力工具(1)，其特征在于，包括第二柔性基板(25)，其中，第二线圈结构(11)印制在所述第二柔性基板(25)上，形成第二柔性印刷电路板(23)，并且所述第二柔性印刷电路板(23)被折叠以沿周向方向沿第二结构(3)的第二表面延伸。
7.根据权利要求6所述的动力工具(1)，其特征在于，所述第一线圈结构(9)包括第一功率传输线圈(9a)和单独的第一数据传输线圈(9b)，所述第二线圈结构(11)包括第二功率传输线圈(11a)和单独的第二数据传输线圈(11b)，所述第二功率传输线圈(11a)配置为与第一功率传输线圈(9a)相互感应作用，所述第二数据传输线圈(11b)配置为与第一数据传输线圈(9b)相互感应作用。
8.根据权利要求1所述的动力工具(1)，其特征在于，包括配置为调制数据以获得调制信号的调制器电路(35)，所述调制器电路(35)配置为用调制信号来激励第二线圈结构(11)，以在第一线圈结构(9)中感应产生调制信号。
9.根据权利要求8所述的动力工具(1)，其特征在于，包括解调器电路(33)，所述解调器电路(33)配置为对在第一线圈结构(9)中感应产生的调制信号进行解调，以获得数据。
10.根据权利要求8或9所述的动力工具(1)，其特征在于，包括功率传输电路(31)，所述功率传输电路(31)配置为用功率信号来激励第一线圈结构(9)，以在第二线圈结构(11)中感应产生功率信号从而驱动调制器电路(35)。
11.根据权利要求10所述的动力工具(1)，其特征在于，所述功率传输电路(31)包括转换电路，所述转换电路配置为转换跨第一线圈结构(9)的电压以产生功率信号。
CN202190000517.4U 2020-06-02 2021-05-25 具有无线通信能力的动力工具 Active CN219227288U (zh)

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