[实用新型]电动工具、力传感电子离合器以及薄膜力传感器

说明书

技术领域

本申请涉及用于电动工具的力传感电子离合器，例如钻头或螺丝刀。根据35U.S.C.§119（e），本申请要求2011年10月26日提交的、名为“具有力传感电子离合器的电动工具”、申请号为No.61/551,624的美国临时专利申请的优先权以及2011年10月26日提交的、名为“具有石墨烯基油墨的力传感器”、申请号为No.61/551,647的美国临时专利申请的优先权。每个前述申请的全文在此纳入参考。 

背景技术

很多旋转电动工具，诸如钻头和螺丝刀，包括当输出扭矩超过阈值时用于中断工具电力输出的离合器。通常，这种离合器是机械的或电子的。机械离合器通常包括偏置一个离合器组件向另一个离合器组件的弹簧，从而当扭矩超出时，离合器组件克服弹簧力以分离离合器组件并且中断力矩传递。机械离合器的一个例子在纳入参考的美国专利No.7,980,324中被示出。尽管如此，机械离合器随着时间的推移往往会磨损，不会经常精确地校准，并且由于所有的机械部分，向工具增加了大量的额外长度。电子离合器通常直接通过感知系统的另一个参数表示力矩，例如由电机或电机转速而引入的电流。这种电子离合器的例子在纳入参考的美国专利No.5,410,229中被示出。这种电子离合器是公知不精确的。首先，当电机以恒定速度旋转时，电流仅仅是负载力矩的好的直接指示器，意味着是电机驱动工作周期和负载力矩在大量时间是恒定的。对于发生在工具启动或触发释放时的高速电机加速和减速的情况，电流本身是负载力矩的非常差的指示器。其二，最经常通过与电机和电池串联的分流器得出电流读数。这个分流器仅仅在电路驱动电机被打开时准确测量电流。当电路驱动电机被关闭时，分流器没有电流经过，这创建出没有补偿的人为电流读数，是较差的力矩指示器。其三，使用电流或电机速度来表示力矩具有较差的响应 时间，因为电流或电机速度读数在一定的时间内经常滞后于实际输出力矩。 

实用新型内容

一方面，一种电动工具，其特征在于包括：壳体；电机，其被设置于所述壳体中；传动装置，其被设置于壳体中并且连接到电机；输出末端执行器，其被连接到传动装置；控制电路，其控制电力从电源输送到电机；和力传感电子离合器，其包括力传感器，力传感器感应从末端执行器传递到传动装置的至少一部分的反作用力矩，并且当所感应的反作用力矩超过第一临界力矩值时，触发所述控制电路以启动第一保护操作。 

实现这个方面可包括一个或多个以下特征。力传感器可以包括薄膜力感应电阻。传动装置可以是行星传动装置，其具有连接至行星传动装置的静止齿圈（stationary ring gear）的力传感器。力传感器可以支撑在齿轮箱内的空腔的基座中。齿圈可具有连接至齿圈外部的径向吊耳。吊耳可以被连接至切向、径向或轴向插入件，其直接或间接地通过中间插入件压靠着力传感器。临界力矩值可以是用户可调整的，例如，通过使得用户能够选择离合器设置的离合器环或开关。电动工具可包括位置传感器，用于感应离合器环或开关的位置，从而可以使用期望的临界力矩值。保护操作可包括中断或降低电力到电机、主动制动电机（例如，通过短路电机或者通过短时间反转通过电机的电流）和/或启动机械离合器中的一种或多种。 

电动工具可以进一步具有电流感应电子离合器，其通过与电机串联的电流感应电阻来感应电流。电动工具可以在电机正向运转时使用力传感电子离合器，而在电机反向运转时使用电流感应电子离合器。另外，或者可替代的，电流传感器可被用于连续和自动地重新校准来自力传感器的信号。例如，控制器可通过确定工具何时以将近100%占空比在被感应电流中没有显著变化的情况下运行而确定电流传感器自身何时为输出力矩的好的指示器。控制器随后进行对来自力传感器的输出力矩的测量，并且确定补偿系数以加入到来自于力传感器的所有将来的测量值或者从自于力传感器的所有将来的测量值减去，直到下一个重新校准周期。 

另一方面，电动工具包括电机，连接到电机的传动装置和连接到传动装置的末端执行器，力传感电子离合器包括： 

用于控制从电源到电机电力输送的控制电路；和被连接到传动装置的基本上固定元件以感应从末端执行器传递到传动装置的至少一部分的反作用力矩的力传感器。传感器配置为产生对应于反作用力矩的数量的第一电信号。控制电路将该第一电信号和对应于期望临界力矩值的第二电信号进行比较，并且当第一电信号的值显示反作用力矩超过所需阈值力矩值时，启动保护操作。