專利名稱：控制動力驅(qū)動器的方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求于2004年4月2日提交的名稱為“緊固工具”、序號為60/559,349美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明總體上涉及驅(qū)動工具，例如緊固工具，尤其涉及一種具有動力裝置的驅(qū)動工具，該動力裝置可基于其內(nèi)儲存的動能被選擇性地加以控制。
背景技術(shù)：
動力射釘槍在建筑行業(yè)應(yīng)用相當(dāng)普遍。然而，由于要設(shè)置導(dǎo)管將動力射釘槍與氣動源相連，目前采用的動力射釘槍時常在靈活度和自由度方面難以滿足使用者的需要。因此，在本領(lǐng)域內(nèi)一直需要一種改進(jìn)的動力射釘槍。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明的教導(dǎo)提供了一種驅(qū)動工具，具有可沿軸線移動的驅(qū)動器、以及動力源、傳感器和控制器。動力源，包括電動機，向驅(qū)動器提供動力使其沿軸線移動。傳感器檢測反映動力源內(nèi)元件動能級的動力源狀態(tài)并產(chǎn)生相應(yīng)的傳感器信號?？刂破髋c動力源和傳感器相連，響應(yīng)傳感器信號而關(guān)閉動力源，防止動力源在其內(nèi)元件的動能級低于預(yù)定限值時向驅(qū)動器提供動力。
另一方面，本發(fā)明提供了一種安裝緊固件的方法。該方法包括提供具有驅(qū)動器和動力裝置的驅(qū)動工具，驅(qū)動器可沿軸線移動，動力裝置包含輸出部件和夾緊部件；操作動力裝置使輸出部件移動；判定移動的輸出部件的動能級；并且，在動能級超過預(yù)定限值時移動夾緊部件使驅(qū)動器與輸出部件接合，從輸出部件向驅(qū)動器傳遞動力。
再一方面，本發(fā)明提供了一種安裝緊固件的方法。該方法包括提供具有驅(qū)動器和動力裝置的驅(qū)動工具，動力裝置具有電動機、電動機驅(qū)動的飛輪和夾緊部件；操作電動機使飛輪轉(zhuǎn)動；并且在飛輪的轉(zhuǎn)速超出預(yù)定限值時移動夾緊部件使飛輪和驅(qū)動器的其中之一與飛輪和驅(qū)動器的另外一個接合，將能量從飛輪傳遞給驅(qū)動器，使驅(qū)動器沿軸線運動。
從以下詳細(xì)的描述中將更清楚地了解到本發(fā)明更多的應(yīng)用領(lǐng)域。應(yīng)該認(rèn)識到，在說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例時，這些詳細(xì)的描述和具體的實施例僅僅出于說明的目的，而不是用來限制本發(fā)明的范圍。


從以下詳細(xì)描述和附圖可以更充分地理解本發(fā)明，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)構(gòu)造的緊固工具的側(cè)視圖；圖2表示圖1所示的緊固工具的部分示意圖，顯示了包括動力裝置和控制器的不同部件；圖3表示圖1所示的緊固工具的部分示意圖，更詳細(xì)地顯示了控制器；圖4表示緊固工具的部分剖面圖，顯示了模式選擇開關(guān)；圖5表示控制器的部分示意圖；圖6表示本發(fā)明電動機的典型工作循環(huán)的曲線。
圖7表示圖1所示的射釘槍的部分示意圖，更詳細(xì)地顯示了控制器和模式選擇開關(guān)；以及圖8顯示當(dāng)電動機的反電動勢保持恒定和隨著溫度校正基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速的反電動勢時，實際電動機轉(zhuǎn)速和電動機溫度之間關(guān)系的曲線。
具體實施例方式
參照圖1，一種電動的緊固件發(fā)射裝置，在此被稱作射釘槍，其總體上由附圖標(biāo)記10表示。盡管通常是以一種將釘子打入工件的緊固工具10來描述這種電動緊固件發(fā)射裝置，該電動緊固件發(fā)射裝置可以構(gòu)造成發(fā)射不同的緊固件，例如釘書釘或螺釘，或者不同緊固件中的其中一種或幾種的組合。而且，盡管緊固工具10通常被描述為一種電動射釘槍，下面描述的緊固工具10的許多特性可以用于氣動射釘槍或其他裝置，包括電錘、打孔工具如打孔機、以及那些用于裝配變形鉚釘?shù)你T接工具。
繼續(xù)參照圖1并另外參照圖2和3，緊固工具10包括殼體12、動力裝置14、機頭16、扳機18、接觸脫扣20、控制單元22、料盒24以及為各種傳感器(下文將詳細(xì)說明)以及動力裝置14和控制單元22提供電力的電池26。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員從所披露內(nèi)容中將會意識到，作為對電池26的替換，或除了電池26以外，緊固工具10可以包括與外部電源(未示出)相連的外部電源線(未示出)和/或與液壓源相連的外部導(dǎo)管或其他硬件(未示出)。
殼體12包括本體部分12a和手柄12b，將本體部分12a構(gòu)造成能夠容納動力裝置14和控制單元22。手柄12b使殼體12具有傳統(tǒng)的手槍柄式外形，它可以與本體部分12a整體成形，或者也可以是通過例如螺紋緊固件(未示出)與本體部分12a相連的分離構(gòu)造。將手柄12b按人機工程學(xué)的要求設(shè)計成適合使用者的手的外形和/或裝配彈性的和/或防滑的外套，例如一種過模熱塑性彈性體。
動力裝置14包括驅(qū)動器28和動力源30，將動力源30構(gòu)造成有選擇地傳輸動力到驅(qū)動器28以促使驅(qū)動器28沿軸線移動。在給出的特例中，動力源30包括電動機32、與電動機32的輸出軸32a相連的飛輪34、以及夾輥組件36。夾輥組件36包括致動臂38、凸輪40、樞銷42、執(zhí)行機構(gòu)44、夾輥46以及凸輪從動件48。
對本實施例中所用動力裝置14的具體描述超出了本發(fā)明公開的范圍，其在共同申請的于2004年4月2日提交的名為“緊固工具”的待審美國臨時專利申請No.60/559,344以及與本申請同時提交的名為“動力工具的結(jié)構(gòu)支架/動力支架”的待審美國專利申請No./中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，以上兩申請均在此引入作為參考，并相當(dāng)于在此完整地進(jìn)行了公開。簡單地說，可以操縱電動機32來使飛輪34旋轉(zhuǎn)(例如通過電動機皮帶輪32a，皮帶32b和飛輪皮帶輪34a)。操縱執(zhí)行機構(gòu)44來移動凸輪40(例如沿箭頭A的方向)，從而凸輪40和凸輪從動件48一起作用使致動臂38繞樞銷42旋轉(zhuǎn)，這樣夾輥46驅(qū)動驅(qū)動器28與旋轉(zhuǎn)的飛輪34接合。驅(qū)動器28與飛輪34的接合使飛輪34向驅(qū)動器28傳遞能量，從而將驅(qū)動器28沿軸線推向機頭16。
對本實施例中所用機頭16、接觸脫扣20和料盒24的具體描述超出了本發(fā)明公開的范圍，其在2004年4月2日提交的名為“射釘槍的接觸脫扣機構(gòu)”的美國臨時專利申請No.60/559,343、2004年4月2日提交的名為“射釘槍的料盒裝置”的美國臨時專利申請No.60/559,342、以及與本申請同時提交的名為“射釘槍的接觸脫扣機構(gòu)”的待審美國專利申請No.和名為“射釘槍的料盒裝置”的美國專利申請No.中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，以上申請均在此引入作為參考，并相當(dāng)于在此完整地進(jìn)行了公開。機頭16從接近料盒24的本體部分12a向外延伸，按照常規(guī)將其構(gòu)造成與料盒24連接從而能連續(xù)地從料盒24中接收緊固件F。當(dāng)啟動緊固工具10將緊固件F釘入工件時，機頭16也可以以常規(guī)方式起到引導(dǎo)驅(qū)動器28和緊固件F的作用。
扳機18與殼體12相連，將其構(gòu)造成由使用者觸發(fā)，典型的是通過使用者的手指觸動扳機開關(guān)18a產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，這一信號可以完全或部分地啟動緊固工具10將緊固件F射入工件的循環(huán)(未示出)。
接觸脫扣20與機頭16相連以在其中滑動。將接觸脫扣20構(gòu)造成當(dāng)與工件接觸時向后滑動，其與扳機18或接觸脫扣傳感器50接合。在前一種情況，接觸脫扣20與扳機18配合使扳機18啟動扳機開關(guān)18a以產(chǎn)生觸發(fā)信號。具體地說，扳機18包括由使用者手指觸發(fā)的主扳機和由接觸脫扣20向后充分移動觸發(fā)的副扳機。主扳機和副扳機中的任何一個的觸發(fā)都不會使扳機開關(guān)18a產(chǎn)生觸發(fā)信號。只有當(dāng)主、副扳機同時處于啟動條件下時才能使扳機18產(chǎn)生觸發(fā)信號。
在本實施例采用的后一種情況(即接觸脫扣20與接觸脫扣傳感器50接合時)，接觸脫扣20向后移動足夠距離使接觸脫扣傳感器50產(chǎn)生接觸脫扣信號，這一信號可以與觸發(fā)信號一起啟動緊固工具10將緊固件F射入工件的循環(huán)。
控制單元22包括動力源傳感器52、控制器54、指示器例如指示燈56和/或揚聲器58、以及模式選擇開關(guān)60。將動力源傳感器52構(gòu)造成檢測動力源30內(nèi)的狀態(tài)并產(chǎn)生與此相應(yīng)的傳感器信號，這一狀態(tài)反應(yīng)了動力源30內(nèi)元件的動能級。例如，操作動力源傳感器52檢測電動機32的輸出軸32a或飛輪34的轉(zhuǎn)速。本領(lǐng)域的技術(shù)人員從所披露內(nèi)容中將會意識到動力源傳感器52可以直接或間接檢測上述特征。例如，可以通過編碼器、渦流傳感器或霍爾效應(yīng)傳感器直接檢測電動機輸出軸32a或飛輪34的轉(zhuǎn)速，或者通過電動機32的反電動勢間接對上述特征進(jìn)行檢測。在所給的具體實施例中，我們采用的是反電動勢，當(dāng)電動機32不是由電池26供電而是由動力裝置14的部件(特別是本實施例的飛輪34)的慣性和轉(zhuǎn)速驅(qū)動時產(chǎn)生這一反電動勢。
模式選擇開關(guān)60可以是一種產(chǎn)生模式選擇開關(guān)信號的開關(guān)，該信號表示操作緊固工具10所需的模式。例如，操作模式之一可以是順序發(fā)射模式，其中首先必須將所述的接觸脫扣20抵靠著工件(以便接觸脫扣傳感器50產(chǎn)生接觸脫扣傳感器信號)，隨后扳機開關(guān)18a啟動產(chǎn)生觸發(fā)信號。另一種操作方式可以是強制沖擊射入模式，其中首先啟動扳機開關(guān)18a產(chǎn)生觸發(fā)信號，隨后將所述的接觸脫扣20抵靠著工件，以使接觸脫扣傳感器50產(chǎn)生接觸脫扣傳感器信號。再一種能順序發(fā)射或沖擊射入的混合操作模式，其中不需要特殊的時序(即，可以先后也可以同時產(chǎn)生扳機傳感器信號和接觸脫扣傳感器信號)。在所給的具體實施例中，模式選擇開關(guān)60是一種二位開關(guān)，使得使用者既能選擇順序發(fā)射模式也能選擇混合模式，從而使用者能以順序發(fā)射或沖擊射入的方式操縱緊固工具10。
這樣構(gòu)造控制器54使緊固工具10在給定模式下工作，例如上述沖擊射入模式僅僅響應(yīng)來自模式選擇開關(guān)60特定信號的輸入。暫時參照圖7，將模式選擇開關(guān)60置于第一位置使預(yù)定的第一電壓信號輸入到控制器54，而模式選擇開關(guān)60置于第二位置時將預(yù)定的第二電壓信號輸入到控制器54。對第一電壓和第二電壓中的一個或全部施加限制，例如±0.2V，使得當(dāng)這兩個電壓信號中的一個或全部超出限制范圍時，控制器54不能設(shè)定到特定輸入模式(例如順序發(fā)射模式)或操作狀態(tài)(例如不工作)。
例如，模式選擇開關(guān)60和控制器54可以構(gòu)造成為模式選擇開關(guān)60配置+5V電源，將模式選擇開關(guān)60置于與強制順序輸入相應(yīng)的位置使+5V電壓信號返回到控制器54，將模式選擇開關(guān)60置于沖擊射入模式使+2.5V的電壓信號返回到控制器54。例如，當(dāng)模式選擇開關(guān)置于可進(jìn)行沖擊射入操作的位置時，選擇+5V電壓信號通過一個或多個電阻R可以獲得不同的電壓值。根據(jù)從模式選擇開關(guān)60獲得的信號，控制器54測定電壓信號是否處于給定的范圍內(nèi)，例如±0.2V。在本實施例中，如果電壓信號在+5.2V～+4.8V之間，控制器54將認(rèn)定模式選擇開關(guān)60需要進(jìn)行順序發(fā)射操作，而當(dāng)電壓信號在+2.7V～+2.3V之間時，控制器54會認(rèn)定模式選擇開關(guān)60需要進(jìn)行沖擊射入操作。如果電壓信號超出了上下限幅(在本實施例中，即為大于+5.2V、處于+4.8V～+2.7V之間或小于+2.3V)，控制器54將使緊固工具10在預(yù)定模式下運行，例如一種需要順序發(fā)射操作的模式?？刂破?4可在緊固工具10操作過程中進(jìn)一步可以向操作者提供錯誤指示(例如指示燈或聲音報警)，以要求在預(yù)定模式下操作緊固工具10。
緊固工具的指示燈56可以采用任何形式的光源，包括采用發(fā)光二極管(LEDs)將工作區(qū)照亮和/或與使用者或者控制設(shè)備(例如數(shù)據(jù)終端)通信，其中所述的工作區(qū)可以限于或超出工件的尺寸范圍。每一指示燈56可以包括一個或更多的燈管，這些燈管可以是任何顏色，例如白色、淡黃色或者紅色，從而照亮工件或給操作者提供可視信號。在采用指示燈56照亮工件時，通過獨立的開關(guān)(未示出)或控制器54在預(yù)定的條件，例如啟動扳機開關(guān)18a時啟動一個或多個指示燈56。此外，可以通過改變獨立開關(guān)的狀態(tài)或通過控制器54在預(yù)定的條件，例如預(yù)定的時間耗盡時將指示燈56關(guān)閉。
在采用指示燈56通信時，控制器54根據(jù)預(yù)定的條件啟動指示燈56。例如，根據(jù)對電池26電量降到預(yù)定電平的測定，指示燈56按預(yù)定的次數(shù)，如四次，閃爍或以預(yù)定模式使指示燈閃爍，或當(dāng)控制器54測定出緊固件卡在機頭16中時使指示燈56閃爍。例如，后一狀態(tài)能夠通過電動機32的反電動勢測定。
另外地或有選擇地，采用指示燈56向閱讀器傳遞光電信息。在一實施例中，通過光閱讀器500接收由指示燈56產(chǎn)生的光信號，從而可以從緊固工具10傳輸加工數(shù)據(jù)，例如操作循環(huán)總次數(shù)、可能產(chǎn)生的故障種類和頻率、當(dāng)前設(shè)定的各種調(diào)整參數(shù)值等等。在另一實施例中，在與指示燈56相連的緊固工具10內(nèi)，傳感器502與電路504連接。操作傳感器502測定通過指示燈56的電流和/或與指示燈56相連的電路504支路上的電壓。因為指示燈56的照亮既需要通過它的電流流量的變化，也需要與其相連的電路504支路上電壓的變化，因此，可以采用指示器56的選擇照明促使由傳感器502檢測的電流和/或電壓的變化。接收傳感器502產(chǎn)生的信號的閱讀器能夠接收根據(jù)電流和/或電壓的變化產(chǎn)生于傳感器502的信號。由此，本領(lǐng)域技術(shù)人員從所披露內(nèi)容中將會意識到，能夠采用工作指示燈56對電特性產(chǎn)生影響，例如電流流動或電壓，這可以通過傳感器502檢測并通過閱讀器傳遞緊固工具10的數(shù)據(jù)。
控制器54與模式選擇開關(guān)60、扳機開關(guān)18a、接觸脫扣傳感器50、電動機32、動力源傳感器52以及執(zhí)行機構(gòu)44相連。控制器54根據(jù)接收到的扳機傳感器信號和接觸脫扣傳感器信號測定兩種信號是否按相互適當(dāng)?shù)臅r序產(chǎn)生(基于模式選擇開關(guān)60和模式選擇開關(guān)信號)。
如果扳機傳感器信號和接觸脫扣傳感器信號產(chǎn)生的時序不合適(即，基于模式選擇開關(guān)60的設(shè)定為不允許)，則控制器54不能使電能流向電動機32而是啟動一個適當(dāng)?shù)闹甘酒?，例如指示?6和/或揚聲器58。為了向使用者顯示扳機開關(guān)18a和接觸脫扣傳感器50沒有按適當(dāng)?shù)臅r序啟動，指示燈56可能以預(yù)定方式點亮(例如時序和/或顏色)和/或采用揚聲器58產(chǎn)生音頻信號。要重新設(shè)定緊固工具10，需要使用者關(guān)閉扳機開關(guān)18a和接觸脫扣傳感器50的其中一個或全部。
如果扳機傳感器信號和接觸脫扣傳感器信號產(chǎn)生的時序合適(即，基于模式選擇開關(guān)60的設(shè)定為允許)，則控制器54使電能流向電動機32，從而電動機32使飛輪34旋轉(zhuǎn)。采用動力源傳感器52使控制器54測定緊固工具10是否具有超出預(yù)定限值的能量等級。在本實施例中，采用動力源傳感器52檢測動力裝置14內(nèi)元件的動能級。在本實施例中，基于電動機32產(chǎn)生的反電動勢來估計動力裝置14的動能。將電動機32的動力中斷，例如在可能是預(yù)定時間耗盡的預(yù)定過程之后，檢測由電動機32產(chǎn)生的電壓電信號。由于電動機32產(chǎn)生的電壓電信號與電動機輸出軸32c(和飛輪34)的轉(zhuǎn)速成比例，因此能夠通過控制器54可靠地測定動力裝置14的動能。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從所披露內(nèi)容中將會意識到，動力源30內(nèi)元件的動能既可以通過適當(dāng)?shù)年P(guān)系式(例如e＝1/2I×ω2；e＝1/2m×V2)直接測定(例如計算或近似)，或者通過由動力裝置14的動能所決定的一個或多個變量的估計值間接測定，因為相關(guān)組件的單位長度質(zhì)量(linear mass)和慣性至少有一個實質(zhì)上是常量。在這方面，如電動機輸出軸32a或飛輪34等元件的轉(zhuǎn)速、或者信號頻率或電壓等信號特征可用來作為動能的近似逼近方法。例如，根據(jù)本發(fā)明和權(quán)利要求的內(nèi)容通過單獨測定元件的轉(zhuǎn)速檢測動力源30內(nèi)該元件的動能。作為另一種實施例，根據(jù)本發(fā)明和權(quán)利要求的內(nèi)容通過單獨測定電動機32產(chǎn)生的反電動勢電壓來檢測動力源30內(nèi)該元件的動能。
如果控制器54認(rèn)定動力裝置14內(nèi)上述元件的動能級超過預(yù)定限值，則產(chǎn)生一個信號，例如通過控制器54，以啟動執(zhí)行機構(gòu)44沿箭頭A的方向驅(qū)動凸輪40，這樣，如上所述，將啟動一系列動作促使驅(qū)動器28將緊固件F射入工件內(nèi)。
如果控制器54認(rèn)定動力裝置14內(nèi)上述元件的動能級沒有超過預(yù)定限值，為了向使用者顯示緊固工具10沒有足夠的能量將緊固件F完全射入到工件內(nèi)，指示燈56以預(yù)定方式(例如時序和/或顏色)閃亮和/或采用揚聲器58產(chǎn)生音頻信號。構(gòu)造控制器54以使得當(dāng)動力裝置14內(nèi)上述元件的動能不超過預(yù)定限值時，不啟動執(zhí)行機構(gòu)44沿箭頭A方向驅(qū)動凸輪40，或者構(gòu)造控制器54使執(zhí)行機構(gòu)44根據(jù)預(yù)定的元件動作而啟動，例如松開和重新啟動扳機18，從而使用者確認(rèn)并完全操控控制器54。
盡管上述緊固工具10是采用單一動能限值描述的，但在更寬的應(yīng)用范圍內(nèi)本發(fā)明也可以有所不同。例如，控制器54進(jìn)一步采用代表與上述限值不同的動能級的第二限值。在這種情況下當(dāng)動力裝置14內(nèi)元件的動能級高于上述限值(即，因此由控制器54操縱執(zhí)行機構(gòu)44)但低于第二限值時，控制器54啟動指示器，例如指示燈56或揚聲器58，向使用者提供視覺信號和/或音頻信號，表示需要給電池26重新充電或者需要維修緊固工具10。
而且，如果采用上述限值和第二限值，可以根據(jù)一個或更多預(yù)定條件對其進(jìn)行調(diào)整，例如對緊固件F射入到工件內(nèi)的設(shè)定、工件的相對硬度、緊固件F的長度和/或讓使用者能手動調(diào)整所述一個限值或多個限值的多位或可變開關(guān)。
參照圖1和圖4，緊固工具10選擇性地包括保護罩62，所述保護罩62可拆卸地與緊固工具10包圍模式選擇開關(guān)60的部分接合。在本實施例中，保護罩62有選擇地與殼體12相連。將保護罩62構(gòu)造成防止開關(guān)促動器60a移動到模式選擇開關(guān)60處于非要求狀態(tài)的位置，從而能夠防止使用者改變模式選擇開關(guān)的狀態(tài)。另外地或有選擇地，當(dāng)保護罩62處于裝配狀態(tài)時，保護罩62能夠防護模式選擇開關(guān)60(例如免于沖擊、污物、灰塵和/或水)。而且，保護罩62具有僅與緊固件10單向配合的形狀，因此保證了操作時開關(guān)60僅在單一預(yù)定位置，例如第一位置或第二位置，但不是同時處于兩個位置。有選擇地，保護罩62也可以遮蓋模式選擇開關(guān)60。
回到圖2和圖3，緊固工具10也可以包括緊固件傳感器64，用來檢測緊固工具10中的一個或更多個緊固件F并由此產(chǎn)生緊固件傳感器信號。緊固件傳感器64可以是限位開關(guān)或接近開關(guān)，其被構(gòu)造成直接檢測緊固件F或料盒24一部分的狀態(tài)，例如通常將料盒24的緊固件F朝前壓向機頭16的推桿66。在所給的具體實施例中，緊固件傳感器64是一個限位開關(guān)，其與機頭16相連并被定位，從而當(dāng)在料盒24和/或機頭16放置預(yù)定數(shù)量的緊固件F時緊固件傳感器64通過推桿66與限位開關(guān)接觸。所述的預(yù)定數(shù)量可以是大于或等于0的任何整數(shù)?？刂破?4也可以啟動適當(dāng)?shù)闹甘酒?，例如指示?6和/或揚聲器58，以根據(jù)接收到的由緊固件傳感器64產(chǎn)生的緊固件傳感器信號發(fā)出適當(dāng)?shù)囊曨l和/或音頻信號。另外地或替換地，控制器54在一些情況下可防止緊固工具10循環(huán)工作(例如通過阻止執(zhí)行機構(gòu)44啟動使凸輪40未按箭頭A方向被驅(qū)動)。例如，當(dāng)緊固件傳感器64產(chǎn)生緊固件傳感器信號(例如，當(dāng)料盒24內(nèi)的緊固件F的數(shù)量少于預(yù)定數(shù)量時)，控制器54能夠禁止緊固工具10的循環(huán)。有選擇地，將控制器54構(gòu)造成僅在料盒24和機頭16排空后才禁止緊固工具10的循環(huán)。在此，每次啟動固定工具10將固定件F射入工件后，控制器54能夠通過從預(yù)定數(shù)量減1而進(jìn)行“倒計數(shù)”處理。因此，控制器54能夠?qū)α虾?4內(nèi)緊固件F的數(shù)量進(jìn)行倒數(shù)，從而當(dāng)控制器判定料盒24或機頭16內(nèi)沒有緊固件F時，禁止緊固工具10進(jìn)一步循環(huán)。
扳機開關(guān)18a和接觸脫扣傳感器50是常規(guī)的電源開關(guān)。但常規(guī)的電源開關(guān)體積趨于相對龐大，在電源開關(guān)的接觸點之間采用較大的氣隙。于是，緊固工具10內(nèi)開關(guān)的封裝、電源開關(guān)的發(fā)熱和散熱、以及由于電弧擊穿導(dǎo)致的電源開關(guān)的耐用性都是伴隨電源開關(guān)的使用出現(xiàn)的問題。有選擇地，扳機開關(guān)18a和接觸脫扣傳感器50可以是微動開關(guān)，該微動開關(guān)與采用固態(tài)元件啟動動力裝置14的電路結(jié)合，因此減少或消除了關(guān)于封裝、發(fā)熱、散熱以及由于電弧擊穿而導(dǎo)致的耐用性問題。
參照圖5，控制器54包括控制電路100?？刂齐娐?00包括扳機開關(guān)18a、接觸脫扣傳感器50、邏輯門106、集成電路108、電動機開關(guān)110、第一啟動開關(guān)112以及第二啟動開關(guān)114。開關(guān)110、112以及114可以是任何形式的開關(guān)，包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、繼電器和/或晶體管。
電動機開關(guān)110是置于電動機32和動力源，例如電池26(圖1)或交直流電源(未示出)之間的動力控制裝置。第一和第二啟動開關(guān)112和114也是置于執(zhí)行機構(gòu)44和動力源之間的動力控制裝置。在所給的具體實施例中，第一和第二啟動開關(guān)112和114如圖示置于執(zhí)行機構(gòu)44和動力源之間執(zhí)行機構(gòu)44的相對兩側(cè)，但也可選擇性地在執(zhí)行機構(gòu)和動力源之間依次設(shè)置。扳機開關(guān)18a和接觸脫扣傳感器50與邏輯門106和集成電路108同時相連。集成電路108響應(yīng)扳機開關(guān)18a和/或接觸脫扣傳感器50的穩(wěn)態(tài)條件，或集成電路108也可對上述一個或全部狀態(tài)的變化(例如，從高到低或從低到高的轉(zhuǎn)換)進(jìn)行響應(yīng)。
啟動扳機開關(guān)18a產(chǎn)生傳輸?shù)竭壿嬮T106和集成電路108的扳機開關(guān)信號。因為接觸脫扣傳感器50(仍)沒有改變狀態(tài)，因此未滿足邏輯條件，同樣邏輯門106不會向第一啟動開關(guān)112傳輸信號，所述該信號能促使邏輯門106改變第一啟動開關(guān)112的狀態(tài)。相應(yīng)地，第一啟動開關(guān)112保持在正常狀態(tài)(即本實施例中的斷開狀態(tài))。但集成電路108根據(jù)接收的使電動機開關(guān)110改變狀態(tài)(即本實施例中的閉合狀態(tài))的扳機開關(guān)信號向電動機開關(guān)110傳輸信號，從而接通電路使電動機32運轉(zhuǎn)。
接觸脫扣傳感器50的啟動產(chǎn)生傳輸?shù)竭壿嬮T106和集成電路108的接觸脫扣傳感器信號。如果扳機開關(guān)18a連續(xù)傳輸扳機開關(guān)信號，則滿足邏輯條件，同樣邏輯門106向第一啟動開關(guān)112傳輸信號，所述的第一啟動開關(guān)112能使邏輯門106改變狀態(tài)。由此，在本實施例中將第一啟動開關(guān)112變換到閉合狀態(tài)。集成電路108根據(jù)接收到的接觸脫扣傳感器信號向第二啟動開關(guān)114傳輸信號改變第二啟動開關(guān)114的狀態(tài)(即本實施例中的閉合狀態(tài))，結(jié)合第一啟動開關(guān)112的狀態(tài)改變接通電路使執(zhí)行機構(gòu)44運行。
其他各種開關(guān)，例如模式選擇開關(guān)60和/或動力源傳感器52也與集成電路108連通以進(jìn)一步控制各種繼電器的運行。例如，如果模式選擇開關(guān)60置于與以沖擊射入或順序發(fā)射方式運行的緊固工具10相聯(lián)系的位置，設(shè)計集成電路108根據(jù)接收到的扳機開關(guān)信號或接觸脫扣傳感器信號改變電動機開關(guān)110的狀態(tài)，此后根據(jù)接收到的扳機開關(guān)信號和接觸脫扣傳感器信號之中的另一個改變第二啟動開關(guān)114的狀態(tài)。
作為另一實施例，如果動力源傳感器52產(chǎn)生一個表明動力裝置14內(nèi)的動能級少于預(yù)定限值的信號，則將集成電路108設(shè)計成不發(fā)出改變第二啟動開關(guān)114狀態(tài)的信號，因此可防止緊固工具10的操作。
從上邊描述可知，發(fā)生單點故障(例如，扳機開關(guān)18a或接觸脫扣傳感器50之一的故障)則動力裝置14不啟動。
參照圖3和圖6，控制器54具有另外的功能，能使用各種不同電壓的電池組操作緊固工具10，例如18、14、14和/或9.6V電壓的電池組。例如，控制器54可以采用脈寬調(diào)制(PWM)、直流-直流變換器或按時準(zhǔn)確控制的方式來控制電動機32和/或執(zhí)行機構(gòu)44的操作，例如保證飛輪34的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和/或動力裝置14的動能而與電池電壓無關(guān)。將控制器54設(shè)置為在起動時(例如，在開始裝配電池26或與控制器54通電時)檢測或測定電池26的實際或名義電壓。
圖6所示的實施例是采用脈寬調(diào)制技術(shù)在整個或部分工作循環(huán)向電動機32供電。起始于預(yù)定動作例如啟動扳機18的工作循環(huán)包括初始的動力間隔120和一個或多個附加的動力間隔(例如126a、126b、126c)。在初始的動力間隔120時間段內(nèi)，使用電池26的全部電壓驅(qū)動電動機32。基于電池26的輸出或動力裝置14內(nèi)元件的運行特性，例如轉(zhuǎn)速，通過在控制器54存儲器內(nèi)的算法或查詢表確定初始動力間隔120的長度或持續(xù)時間(ti)。每個附加動力間隔的長度或持續(xù)時間(ts)可以等于初始的動力間隔120的長度或持續(xù)時間，或是預(yù)定常數(shù)，或根據(jù)電池26的輸出或者動力裝置14的運行特征而變化。
在初始動力間隔120和第一附加動力間隔126a之間和/或在兩個連續(xù)的附加動力間隔之間采用暫停間隔122。暫停間隔122長度和持續(xù)時間(td)可以是可變的，但在所給出的具體實施例中，暫停間隔122持續(xù)時間(td)是恒定的。在暫停間隔122期間，中斷對電動機32的供電以使其產(chǎn)生“慣性運動”。在此期間采用動力源傳感器52的輸出來估計動力裝置14的動能級(例如，使控制器54判定動力裝置14是否具有足夠的能量推進(jìn)緊固件)和/或判定一個或更多的參數(shù)，依據(jù)這些參數(shù)在隨后的動力間隔中驅(qū)動或操作電動機32。
在本實施例中，控制器54估計電動機32的反電動勢以近似飛輪34的轉(zhuǎn)速。在算法或查詢表中采用飛輪34的近似轉(zhuǎn)速(或等量轉(zhuǎn)速，例如與電動機32的反電動勢值)來判定下一個附加動力間隔的工作循環(huán)(例如，視在電壓)。另外，在初始動力間隔120之后的暫停間隔122內(nèi)立即測取電動機32的反電動勢，可以采用算法或查詢表計算初始動力間隔120持續(xù)時間(ti)的變化。這樣，隨著電池26的放電可以不斷地校正持續(xù)時間值(ti)。當(dāng)電池26初始與控制器54連接時，重置所述的值(ti)(例如，存儲在查詢表內(nèi)的一個值)。例如，如果電池26具有大約18V的名義電壓，控制器54將(ti)設(shè)置為等于180ms，或是如果電池具有大約14.4V的名義電壓，控制器將(ti)設(shè)置為等于200ms，如果電池具有大約12V的名義電壓，控制器將(ti)設(shè)置為等于240ms。
參照圖8，電動機32的反電動勢隨著電動機溫度而變化，如附圖標(biāo)記200所指定的線所示；線200代表當(dāng)電動機的反電動勢保持恒定時，實際轉(zhuǎn)速與溫度的函數(shù)關(guān)系。另外參照圖3，控制單元22包括檢測電動機32或緊固工具另一部分，例如控制器54的溫度的溫度傳感器202，以使控制器54補償伴隨著溫度變化而產(chǎn)生的電動機32反電動勢的差異。在所給的具體實施例中，溫度傳感器202與控制器54相連并響應(yīng)檢測到的控制器54的溫度發(fā)出溫度信號。由于控制器54非常接近電動機32，控制器54的溫度接近電動機32的溫度。
控制器54可以采用任何公知的技術(shù)，例如查詢表，數(shù)學(xué)關(guān)系式或算法，以判定檢測到的溫度對電動機32反電動勢的作用效果。在所給的具體實施例中，電動機32實際轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系滿足線性回歸關(guān)系，可以采用經(jīng)驗公式測定與基于反電動勢的計算速度(SBEF)一起使用的基于溫度的速差(ΔST)，使其更接近電動機32的轉(zhuǎn)速(S)(即，S＝SBEF-ΔST)。圖8中附圖標(biāo)記210指示的線表示當(dāng)近似轉(zhuǎn)速(S)保持恒定時，電動機32實際轉(zhuǎn)速與溫度的函數(shù)關(guān)系。
可選擇地，控制器54可以通過公式S＝|SBATV+ΔSBEF-ΔST|近似電動機32的轉(zhuǎn)速(S)，其中，SBATV是根據(jù)電池26的電壓對電動機32的基本速度的估算，ΔSBEF是用來根據(jù)電動機32產(chǎn)生的反電動勢修正電動機32基本速度的一修正項，ΔST是上述的基于溫度的速差。在所給的具體實施例中，電池電壓可以是與名義電壓不一致的實際電壓值，SBATV項是電動機轉(zhuǎn)速-電池電壓曲線斜率的函數(shù)。在這一選定的替換方式中，以一高精度的方式在寬溫度范圍內(nèi)測定電動機轉(zhuǎn)速。
應(yīng)該意識到，盡管緊固工具10描述成除了相當(dāng)短的持續(xù)間隔外(例如，在脈沖之間和/或要檢測電動機32的反電動勢)在整個工作周期內(nèi)向電動機32供電，本發(fā)明在最寬的范圍內(nèi)也可以采取某些變化。例如，控制器54通過反饋控制來控制電動機32的運轉(zhuǎn)，其中，為了使電動機32和飛輪34“慣性運行”而偶爾中斷電能。在電力中斷期間，控制器54不時監(jiān)控動力裝置14的動能，并在動力裝置14的動能低于預(yù)定限值時，向電動機提供動力。以這種方式操縱緊固工具能夠提高電池壽命。
盡管參照不同的實施例在說明書和所示附圖中描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在未脫離權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對各元件作出各種變化以及等同的替換。而且，在此特意考慮了不同實施例之間特征、元件和/或功能的結(jié)合和配合，從而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員之一能夠從披露的內(nèi)容中理解到一個實施例的特征、元件和/或功能可以適當(dāng)?shù)嘏c另一個實施例結(jié)合，與上的描述不同。而且，在不脫離實質(zhì)范圍的情況下采用特殊位置或材料對本發(fā)明的內(nèi)容作出修改。因此，這就意味著本發(fā)明并不限于說明書描述的和附圖示意的具體實施例，盡管所述的實施例當(dāng)前被認(rèn)為是實施本發(fā)明的最佳方式，但本發(fā)明包括任何落于以上描述和附加的權(quán)利要求之內(nèi)的實施例。
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法包括提供具有驅(qū)動器和動力裝置的驅(qū)動工具，所述驅(qū)動器可沿軸線移動，動力裝置包含輸出部件和夾緊部件；操作動力裝置使輸出部件移動；判定移動的輸出部件的動能級；并且在動能級超過預(yù)定限值時移動夾緊部件使驅(qū)動器與輸出部件接合，從輸出部件向驅(qū)動器傳遞動力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述夾緊部件是滾輪。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于移動的輸出部件的動能級由動力裝置內(nèi)元件的轉(zhuǎn)速確定。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述元件是輸出部件。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述元件的轉(zhuǎn)速由渦流測量法測定。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述動力裝置包括電動機，且移動的輸出部件的動能級由電動機產(chǎn)生的反電動勢確定。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括測定驅(qū)動工具的至少一部分的溫度；并且至少部分地根據(jù)反電動勢和溫度確定電動機的近似轉(zhuǎn)速。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于電動機的近似轉(zhuǎn)速由下式確定S＝SBEF-ΔST其中，S是電動機的近似轉(zhuǎn)速，SBEF是完全基于反電動勢的電動機轉(zhuǎn)速，ΔST是速差，其由代表電動機反電動勢維持恒定和溫度變化時電動機實際轉(zhuǎn)速曲線的斜率確定。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于電動機的近似轉(zhuǎn)速至少部分地也由向電動機提供電能的電池電壓確定。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于電動機的近似轉(zhuǎn)速由下式確定S＝|SBATV+ΔSTF-ΔSBEF|其中，S是電動機的近似轉(zhuǎn)速，SBATV是基于電池電壓的電動機轉(zhuǎn)速，ΔSBEF是由電動機產(chǎn)生的反電動勢確定的項，ΔST是速差，其由代表電動機反電動勢維持恒定和溫度變化時電動機實際轉(zhuǎn)速曲線的斜率確定。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)動能級沒有超出預(yù)定限值時發(fā)出視覺信號和音頻信號的至少一種。
12.一種方法，該方法包括提供具有驅(qū)動器和動力裝置的驅(qū)動工具，動力裝置具有電動機、電動機驅(qū)動的飛輪和夾緊部件；操作電動機使飛輪轉(zhuǎn)動；并且在飛輪的轉(zhuǎn)速超出預(yù)定限值時移動夾緊部件使飛輪和驅(qū)動器的其中之一與飛輪和驅(qū)動器的另外一個接合，將能量從飛輪傳遞給驅(qū)動器，使驅(qū)動器沿軸線運動。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于直接檢測飛輪的速度。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于間接測定飛輪的速度。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于使用反電動勢測定飛輪的轉(zhuǎn)速。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括測定驅(qū)動工具的至少一部分的溫度；并且電動機的轉(zhuǎn)速至少部分地根據(jù)反電動勢和溫度確定。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于電動機的轉(zhuǎn)速由下式確定S＝SBEF-ΔST其中，S是電動機的轉(zhuǎn)速，SBEF是完全基于反電動勢的電動機轉(zhuǎn)速，ΔST是速差，其由代表電動機反電動勢維持恒定和溫度變化時電動機實際轉(zhuǎn)速曲線的斜率確定。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于電動機的轉(zhuǎn)速至少部分地也由向電動機提供電能的電池電壓確定。
19.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于電動機的轉(zhuǎn)速由下式確定S＝|SBATV+ΔST-ΔSBEF|其中，S是電動機的轉(zhuǎn)速，SBATV是基于電池電壓的電動機轉(zhuǎn)速，ΔSBEF是由電動機產(chǎn)生的反電動勢確定的項，ΔST是速差，其由代表電動機反電動勢維持恒定和溫度變化時電動機實際轉(zhuǎn)速曲線的斜率確定。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于當(dāng)電動機運轉(zhuǎn)時測定飛輪的速度。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括如果操作電動機后飛輪的速度不高于預(yù)定限值速度，則發(fā)出音頻信號和視覺信號的至少一種。
22.一種驅(qū)動工具，包括可沿軸線移動的驅(qū)動器；向驅(qū)動器提供動力使驅(qū)動器沿軸線移動動力源，動力源包括電動機；檢測動力源狀態(tài)并產(chǎn)生相應(yīng)傳感器信號的傳感器，所述狀態(tài)反映動力源內(nèi)元件的動能級；以及與動力源和傳感器相連的控制器，所述控制器響應(yīng)傳感器信號而關(guān)閉動力源，防止動力源在其內(nèi)元件的動能級低于預(yù)定限值時向驅(qū)動器提供動力。
23.如權(quán)利要求22所述的驅(qū)動工具，其特征在于所述動力源的特性指元件的轉(zhuǎn)速。
24.如權(quán)利要求23所述的驅(qū)動工具，其特征在于所述傳感器檢測電動機產(chǎn)生的反電動勢。
25.如權(quán)利要求23所述的驅(qū)動工具，其特征在于所述傳感器是渦流傳感器。
26.如權(quán)利要求23所述的驅(qū)動工具，其特征在于所述動力源還包括由電動機輸出軸驅(qū)動的飛輪，且所述元件是所述飛輪和輸出軸的其中之一。
27.如權(quán)利要求22所述的驅(qū)動工具，其特征在于當(dāng)動力源內(nèi)元件的動能級低于預(yù)定限值時，所述控制器發(fā)出視覺信號和音頻信號的至少一種。
28.如權(quán)利要求22所述的驅(qū)動工具，還包括料盒和緊固件傳感器，所述料盒用來存放一個或多個緊固件，所述緊固件傳感器用來檢測料盒中存放的緊固件數(shù)量，當(dāng)檢測到數(shù)量少于預(yù)定值時該緊固件傳感器響應(yīng)地發(fā)出緊固件傳感器信號。
29.如權(quán)利要求28所述的驅(qū)動工具，其特征在于所述控制器接收緊固件傳感器信號，并響應(yīng)地發(fā)出視覺信號和音頻信號的至少一種。
30.如權(quán)利要求28所述的驅(qū)動工具，其特征在于所述控制器接收緊固件傳感器信號，并響應(yīng)地關(guān)閉動力源，從而防止動力源向驅(qū)動器提供動力。
全文摘要
一種驅(qū)動工具，具有一驅(qū)動器、一動力源、一傳感器和一控制器。動力源選擇性地向驅(qū)動器提供動力使驅(qū)動器沿軸線運動。傳感器檢測反映動力源內(nèi)元件動能級的動力源狀態(tài)并產(chǎn)生相應(yīng)的傳感器信號?？刂破髋c動力源和傳感器相連，響應(yīng)傳感器信號而關(guān)閉動力源，防止動力源在其內(nèi)元件的動能級低于預(yù)定限值時向驅(qū)動器提供動力。同時提供了一種操作驅(qū)動工具的方法。
文檔編號H01H15/02GK1788941SQ200510081780
公開日2006年6月21日 申請日期2005年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者邁克爾·K·福斯特, 克雷格·A·謝爾, 內(nèi)森·J·克魯斯, 保羅·G·格羅斯, 查爾斯·L·布雷登鮑第四 申請人:布萊克和戴克公司