專利名稱：動力工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種動力工具，尤其是具有螺絲批功能的動力工具。
背景技術：
具有螺絲批功能的動力工具，譬如無繩槍，電動螺絲批等，已經廣泛應用于各種不 同的領域中，譬如建筑、家庭裝修、工廠作業(yè)等等。 根據(jù)螺絲批頭的使用范圍、所加工的材料或者所加工的工件等性質的需要，動力 工具在實現(xiàn)螺絲批功能時，不能超過一定的扭矩，否則會造成動力工具本身或者材料、工件 的損壞。 為了防止由于超過設定的扭矩而使動力工具損傷，或者造成材料或者工件的破
壞，現(xiàn)有技術中已經產生了具有機械式離合器的電動螺絲批。例如美國公告專利US5277527
公開了一種螺絲批，該螺絲批設置有馬達，與馬達輸出軸連接的行星齒輪減速機構，與行星
齒輪減速機構連接的主軸，以及與主軸連接的螺絲批頭。機械式離合器設置在行星齒輪減
速機構上，離合機構包括內齒輪，鋼球、墊圈以及彈性元件。內齒輪套設在行星齒輪上，內
齒輪的端面上沿軸向方向延伸出多個帶斜面的端齒，內齒輪的內壁上成型有軸向延伸的內
齒，內齒用于與行星齒輪的軸向延伸的外齒嚙合。鋼球以及墊圈設置在扭力設定罩內，鋼球
設置在墊圈以及內齒輪的端面之間，彈性元件將鋼球抵靠在內齒輪的端面上。 螺絲批在工作前，先用扭力設定罩設定所需的扭矩值，螺絲批工作時，馬達輸出軸
產生旋轉，帶動行星齒輪減速系統(tǒng)、主軸產生旋轉，從而帶動螺絲批頭擰動螺絲，負載扭矩
經螺絲批頭傳遞給行星齒輪減速機構、內齒圈、鋼球、彈性元件。當負載扭矩大于按壓鋼球
的彈性元件的彈力時，即達到設定的扭矩時，鋼球便克服彈性元件的彈力，越過內齒圈的端
齒，使得內齒圈產生旋轉，此時，馬達輸出軸與螺絲批頭之間的扭矩傳遞被中斷。 這種類型的機械式離合器不能在扭矩達到設定值時，立即停機，不斷沖擊的離合
器作用于螺絲批，使工件的扭矩值大于設定值，因而僅能實現(xiàn)相對不精確的最大扭矩的設
定，這種扭矩的設定也只能分級調節(jié)，而且機械式離合器會產生機械磨損，由此使得力的傳
遞隨著機械式離合器的不斷的磨損而下降。在調節(jié)到最大扭矩的情況下，離合器有時會在
小于給定扭矩時分離，有時會在大于設定扭矩時分離，因而也會引起螺絲批本身或者材料、
工件的損壞。 美國公告專利US4231270揭示了利用微動開關(micro switch)與機械式離合器 結合來實現(xiàn)扭矩控制，從而在扭矩達到設定值時，關斷馬達來防止螺絲批本身以及工件、材 料的損壞。由于使用微動開關，在操作時在開關接點上會產生火花等，不僅造成接點的磨 損，對周邊的電子元件或者電子電路等也會帶來各種弊端。這種機械式開關不僅會對整個 動力工具的壽命產生影響，在構造上對動力工具整體進行小型化也會存在很多限制。
英國公告專利GB2328634B公開了一種利用設置在內齒圈上的永磁鐵(permanent magnet)與設置在機殼上的霍爾元件(Hall sensor)，結合機械式離合器來進行螺絲批的扭 矩控制。當負載扭矩大于機械式離合器中的彈簧的彈力時，機械式離合器的內齒圈會產生轉動，帶動設置在內齒圈上的永磁鐵一起轉動，霍爾元件感應到永磁鐵的轉動，便將信號傳 遞給馬達使得馬達停機，來防止螺絲批本身以及工件、材料的損壞。由于這種扭矩檢測單元 需要與機械式離合器結合，機械式離合器容易磨損的弊端仍存在，在調節(jié)到最大扭矩的情 況下，機械式離合器有時會在小于給定扭矩時分離，有時會在大于設定扭矩時分離，因而也 會引起螺絲批本身或者材料、工件的損壞。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種具有扭矩控制系統(tǒng)的動力工具。
本發(fā)明的技術方案是一種動力工具，包括機殼；設置在機殼內的馬達，所述馬達
輸出旋轉動力；輸出軸；設置在馬達和輸出軸之間以將馬達的旋轉輸出傳遞到輸出軸上的
行星齒輪傳動機構，行星齒輪傳動機構包括齒圈；扭矩控制系統(tǒng)；所述扭矩控制系統(tǒng)用于
檢測所述齒圈受到的扭矩值，并判斷檢測的扭矩是否大于或等于動力工具的預設扭矩值，
如果大于或等于動力工具預設的扭矩值，所述扭矩控制系統(tǒng)便停止馬達的電源供給。 其中，所述齒輪傳動機構包括至少一組齒輪系，所述齒輪系包括行星輪系，所述行
星輪系包括若干行星輪以及用于支撐行星輪的行星架，所述齒圈與所述行星輪齒形連接；
所述扭矩控制系統(tǒng)用手實時檢測齒圈所受到的扭矩；所述扭矩控制系統(tǒng)包括扭矩檢測單元
及與扭矩檢測單元電連接的處理單元。 其中，所述扭矩檢測單元包括固定設置在機殼上的傳感器，與齒圈連接并在齒圈 運動時而相對于傳感器運動的檢測件，所述傳感器根據(jù)檢測到的檢測件的運動變化量而生 成表征所述齒圈運動變化量的信號，并傳遞給所述處理單元；所述處理單元用于根據(jù)接收 到的信號計算齒圈的扭矩，并在扭矩大于設定的扭矩值時，輸出信號來停止馬達電源供給。
其中，所述檢測件相對于輸出軸作軸向運動。 所述動力工具還包括與檢測件固定安裝在一起的球面頂桿，以及套設在檢測件上 的彈性元件；所述齒圈的一個端面上設置有斜面，所述球面頂桿抵壓在斜面上；當輸出軸 傳遞到齒圈上扭矩達到一定值時，齒圈旋轉，并通過斜面體動球面頂桿以及檢測件相對于 傳感器運動；所述傳感器為光電傳感器，所述檢測件為遮光片；所述傳感器為磁編碼器，所 述檢測件為磁片。 其中，所述檢測件相對于輸出軸作旋轉運動。 所述動力工具還包括彈性元件，所述彈性元件一端固定設置在齒圈上的彈性元
件，另一端固定設置在機殼上；當輸出軸傳遞到齒圈上的扭矩達到一定值時，齒圈旋轉，并
同時帶動彈性元件產生扭轉，帶動檢測件相對于傳感器轉動；所述傳感器為光電傳感器，所
述檢測件為環(huán)形的遮光盤；所述傳感器為磁編碼器，所述檢測件為環(huán)形的磁盤。 其中，所述扭矩檢測單元包括設置在機殼內的壓力傳感器，所述齒圈的外圓周面
上均布有多個凸起，所述壓力傳感器抵靠在所述之一凸起上。 所述扭矩控制系統(tǒng)還包括與處理單元電連接的扭矩設定單元，所述扭矩設定單元 用于設定數(shù)值，所述處理單元可將扭矩設定單元設定的數(shù)值轉換成預設扭矩值并存儲于處 理單元內。 所述扭矩控制系統(tǒng)還包括與處理單元電連接的扭矩設定單元，所述扭矩設定單元 用于設定預設扭矩值，所述處理單元用于存儲預設扭矩值。
5
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的扭矩控制系統(tǒng)通過扭矩檢測單元來測量內齒圈所 受的扭矩，只要內齒圈受力產生轉動，扭矩檢測單元便可以實時感應到脈沖信號，通過與處 理單元共同作用，來實時檢測內齒圈所受到的扭矩。當檢測到的齒圈所受到的扭矩大于動 力工具設定的扭矩值時，可以停止馬達的電源供給，避免了動力工具本身或者材料、工件的 損壞。
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
圖1是本發(fā)明動力工具第一實施例的局部剖視圖。 圖2是圖1中傳動部分的剖視圖。 圖3是圖2中C所示部分的局部放大圖。 圖4是圖3中沿B所示方向的示意圖。 圖5是圖3中沿A所示方向的示意圖。 圖6是本發(fā)明動力工具第一實施例的原理方框圖。 圖7是本發(fā)明動力工具第二實施例的局部剖視圖。 圖8是圖7中E所示部分的局部放大圖。 圖9是圖8中沿B'所示方向的示意圖。 圖10是圖8中沿A'所示方向的示意圖。 圖11是圖7中遮光片的結構示意圖。 圖12是本發(fā)明動力工具第二實施例的原理方框圖。 圖13是本發(fā)明動力工具第三實施例的局部剖視圖。 圖14是圖13中的輕觸開關的示意圖。 圖15是第三實施例中撥盤的示意圖。 圖16是圖13中傳動部分的剖視圖。 圖17是圖16中F所示部分的局部放大圖。 圖18是圖16中遮光片的示意圖。 圖19是圖16中遮光片的示意圖。 圖20是本發(fā)明動力工具第三實施例的原理方框圖。 圖21是本發(fā)明動力工具第四實施例的局部剖視圖。 圖22是圖21中G所示部分的局部放大圖。 圖23是圖21中磁盤的結構示意圖。 圖24是本發(fā)明動力工具第五實施例的局部剖視圖。 圖25是圖24中沿H-H所示方向的剖視圖。 其中
1.殼體
41.第一行星齒輪 45.第三行星齒輪 6.開關 9.前殼
2.馬達
42.第一行星架 46.第三行星架 7.輸出軸 91.凹槽
3.電源 4.齒輪傳動機構
43.第二行星齒輪44.第二行星架 47、第一齒圈 48、第二齒圈 8.環(huán)形元件81.齒 92.定位凹槽 93.凹槽
6
60.扭矩檢測單元
15.扭矩設定單元 30.扭矩檢測單元 304.彈性元件
33.光電傳感器 512.遮光盤
10.后殼
12.扭矩檢測單元 1221.通孔
11.第三齒圈 121.光電傳感器 123.球面頂桿 16.電位器 301.磁編碼器 31.扭矩設定單元 34.支架 5121.通孔 601.磁編碼器
111.凹槽 112.凸起
1211.光線 122.遮光片
51.扭矩檢測單元511.光電傳感器 5122.不透光條紋513.彈性元件 602.磁盤 61.扭矩檢測單
302.磁片 303.球面頂桿
32.遮光片 321.通孔
124.彈性元件 13.印刷線路板 161.齒 17.支架611.壓力傳感器
具體實施例方式
參見圖1至圖6所示，是本發(fā)明動力工具第一實施例的結構示意圖。 一種動力工 具，包括殼體1、設置在殼體1內的馬達2、馬達2的供給電源3，啟動或停止馬達2的主開 關6，行星齒輪傳動機構4以及輸出軸7。齒輪傳動機構4設置在齒輪箱內，齒輪箱包括前 殼9與后殼10。行星齒輪傳動機構4包括由第一行星輪41與第一行星架42、第一齒圈47 組成的第一行星齒輪組，由第二行星輪43與第二行星架44、第二齒圈48組成的第二行星 齒輪組，由第三行星輪45與第三行星架46、第三齒圈ll組成的第三行星齒輪組。輸出軸7 固定安裝在第三行星架46上。 第三齒圈11的內表面成型有內齒，內齒與第三行星輪45的外齒嚙合。第三齒圈 11朝向輸出軸7的方向的端面上成型有斜面。 動力工具還包括扭矩控制系統(tǒng)，扭矩控制系統(tǒng)包括相互電連接的扭矩設定單元 15、扭矩檢測單元12、數(shù)據(jù)轉換電路、處理單元以及控制執(zhí)行單元。 數(shù)據(jù)轉換電路設置在印刷線路板13(PCB板)上。該數(shù)據(jù)轉換電路為業(yè)界常用電 路，此處不再贅述。數(shù)據(jù)轉換電路包括兩條轉換電路，即第一數(shù)據(jù)轉換電路，第二數(shù)據(jù)轉換 電路。第一數(shù)據(jù)轉換電路用于接收來自扭矩設定單元的電阻或者脈沖信號變化值，第二數(shù) 據(jù)轉換電路用于接收來自扭矩檢測單元的脈沖信號變化值。 處理單元設置在印刷線路板13上。處理單元可以采用MCU、或者DSP等。在本實 施例中，處理單元為一微電腦控制系統(tǒng)(MCU)。本領域技術人員可以想到的是，MCU通常包 括有中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器(RAM)等，由于這些單元的工作原 理為本領域普通技術人員所熟知，此處不再贅述。 控制執(zhí)行單元設置在印刷線路板上，控制執(zhí)行單元由處理單元控制，來執(zhí)行電機 的動力關斷。由于控制執(zhí)行單元的工作原理為本領域普通技術人員所熟知，此處不再贅述。
參見圖1所示，扭矩設定單元15包括一環(huán)形元件8以及可轉動地設置在前殼9上 的電位器16 (potentiometer)。該環(huán)形元件8套設在前殼9上，環(huán)形元件8的內壁上成型有 齒81。在前殼9上固定設置有支架17，電位器16可轉動地設置在支架17上，電位器16的 外圓周上設置有齒161，電位器16的齒161與環(huán)形元件8的齒81嚙合。在本實施例中，電 位器16為旋轉可變電阻。當需要設定扭矩時，操作者用手旋轉環(huán)形元件8，環(huán)形元件8的旋
7轉帶動電位器16進行旋轉，電位器16的電阻值便會發(fā)生變化，電阻值變化通過第一數(shù)據(jù)轉 換電路傳遞給處理單元，處理單元經過計算換算成扭矩值，即得出動力工具的設定扭矩。
扭矩檢測單元12設置在前殼9上。扭矩檢測單元12包括固定設置在前殼9上的 傳感器，傳感器優(yōu)選為光電傳感器121，可移動地設置在前殼9內的檢測件，檢測件優(yōu)選為 遮光片122。球面頂桿123與遮光片122固定安裝在一起，球面頂桿123與遮光片122也可 以一體成型，彈性元件124套設在遮光片122上。在前殼9上設置有盲孔91，球面頂桿123 以及彈性元件124可移動的設置在盲孔93內。優(yōu)選的，彈性元件124為彈簧，彈性元件124 也可以為壓簧、扁簧等等。在本實施例中，遮光片122包括均勻設置的多個通孔1221。 參見圖4及圖5所示，動力工具開機后，自光電傳感器121發(fā)出一束光線1211，當 動力工具工作時，通過輸出軸7傳遞到第三齒圈11的扭矩到達一定的值(該處一定的值是 指克服彈性元件124初始扭力所需的扭矩值)時，第三齒圈11產生轉動，第三齒圈11的斜 面抵壓球形頂桿123，使得遮光片122沿K所示的方向相對于光電傳感器121直線移動，即 遮光片122相對于輸出軸7作軸向運動，此時，光線1211會被遮光片122遮住，或者穿過遮 光片122的通孔1221，光電傳感器121記錄通過的通孔1221的數(shù)量，并生成相應的脈沖信 號(每個脈沖代表移動距離，即移動距離/脈沖)，該信號通過第二數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處 理單元，處理單元經過計算，將脈沖信號換算成相應的位移量，即彈性元件124的位移量， 同樣也是第三齒圈11的位移量。譬如，光電傳感器121生成n個脈沖信號，位移量計算公 式為位移量=nX移動距離/脈沖。 然后，處理器根據(jù)彈性元件124的剛度(力/長度)與位移量相乘得到彈性元件 124所受的壓力Fl，然后通過斜面計算公式計算出第三齒圈11對球面頂桿123施加的力 F2，力F2與第三齒圈11的回轉半徑垂直。然后根據(jù)力F2乘第三齒圈11的回轉半徑計算 出第三齒圈11所受的扭矩，即得出需要測量的扭矩值。 其中，斜面計算公式為業(yè)界通用的公式，譬如，設定齒圈的斜面與水平面的角度為 a ，彈性元件的剛度為P， P'為當量摩擦角，則齒圈所受的力F2 = Fl/tag(a +P')。
參見圖6所示，是本發(fā)明動力工具第一實施例原理方框圖。當開關6閉合后，處理 器上電復位，執(zhí)行初始化動作(步驟191)，然后操作者轉動環(huán)形元件8，使得電位器16產生 旋轉，電位器16的電阻值發(fā)生變化(步驟192)，該電阻值變化通過第一數(shù)據(jù)電路傳遞給處 理單元(步驟193)，處理單元通過計算將電阻值換算成扭矩值(步驟194)，新的扭矩設定 值被存入處理單元的第一內存(步驟195)。此時，動力工具開始工作(步驟196)，光電傳 感器121實時檢測遮光片122的運動變化量，并實時生成表征第三齒圈ll運動變化量的信 號，該信號通過第二數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元，處理單元實時讀取光電傳感器121的 檢測值(步驟197)，并換算成扭矩值存入處理單元的第二內存(步驟198)，處理單元比較 實時測量扭矩值是否大于或等于設定扭矩值(步驟199)，如果不是，則繼續(xù)進行下一步驟， 動力工具可以繼續(xù)工作(步驟200);如果是，則處理單元將信號傳給控制執(zhí)行單元，切斷馬 達電源供給(步驟201)。 參見圖7至圖12，是本發(fā)明的第二實施例。在該實施例中，數(shù)據(jù)轉換電路、處理單
元以及控制單元的結構與工作原理與第一實施例相同，此處不再贅述。 扭矩設定單元31包括套設在輸出軸7上的環(huán)形元件8、固定設置在環(huán)形元件8上的遮光片32以及固定設置在前殼9上的光電傳感器33。在前殼9上固定設置有支架34， 光電傳感器33固定設置在支架34上。遮光片32包括均勻設置的多個通孔321。當需要設 定扭矩時，操作者用手旋轉環(huán)形元件8，環(huán)形元件8的旋轉帶動遮光片32進行旋轉并相對光 電傳感器33進行位移，光電傳感器33發(fā)出的光線便會被遮光片32遮住，或者穿過遮光片 的通孔321 ，光電傳感器33記錄下通過的通孔321的個數(shù)并生成脈沖信號，脈沖信號通過第 一數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元，處理單元將脈沖信號經過計算換算成檢測到的變化的扭 矩值，變化的扭矩值加上前次設定的扭矩值即得出動力工具的設定扭矩。變化的扭矩值可 以為正數(shù)，也可以為負數(shù)。 在本實施例中，扭矩設定單元30也可以使用第一實施例中的扭矩設定單元15。
扭矩檢測單元30包括固定設置在前殼9上的傳感器，傳感器優(yōu)選為磁編碼器301， 可移動地設置在前殼9內的檢測件，檢測件優(yōu)選為磁片302。球面頂桿303與磁片302固定 安裝在一起，球面頂桿303與磁片302也可以一體成型，彈性元件304套設在磁片302上。 在前殼9上設置有盲孔91，球面頂桿303以及彈性元件304可移動的設置在盲孔91內。優(yōu) 選的，彈性元件304為彈簧，彈性元件304也可以為壓簧、扁簧等等。 參見圖9、圖IO所示，磁片302上設置有多組S、N磁極，磁極可以印刷在磁片302的 表面，也可以通過燒結而設置在磁片302上，也可以通過噴磁粉的方式設置在磁片302上。 本領域人員所熟知的設置方式均屬于本發(fā)明的構思范圍。 動力工具工作時，當通過輸出軸7傳遞到第三齒圈11的扭矩到達一定的值時，第 三齒圈ll產生轉動，第三齒圈11的斜面抵壓球形頂桿303，使得磁片302沿M所示的方向 相對磁編碼器301直線移動，即磁片302相對于輸出軸7作軸向運動，設置在磁片302上的 S、N磁極便依次相對磁編碼器301移動，此時，磁編碼器301記錄下通過的S極或者N極的 個數(shù)并生成脈沖信號(每個脈沖代表移動距離，即移動距離/脈沖)，該信號通過第二數(shù)據(jù) 轉換電路傳遞給處理單元，處理單元經過計算，將脈沖信號換算成相應的位移量，該位移量 為彈性元件304的位移量，同樣也是第三齒圈11的位移量。然后根據(jù)彈性元件304的剛度 (力/長度)與位移量相乘得到彈性元件304所受的壓力，然后通過斜面計算公式計算出第 三齒圈11對球面頂桿303施加的力，然后根據(jù)力乘第三齒圈11的回轉半徑計算出第三齒 圈11所受的扭矩，即得出需要測量的扭矩值。 參見圖12所示，是本發(fā)明動力工具第二實施例原理方框圖。當開關閉合后，處理 器上電復位，執(zhí)行初始化動作(步驟361)，之后處理單元讀取內存中的前次設定的扭矩值 (步驟362)，然后操作者轉動環(huán)形元件8，使得遮光片32產生相對于光電傳感器33產生旋 轉，光電傳感器33感應脈沖變化(363)，脈沖變化信號通過第一數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理 單元，處理單元通過計算將脈沖變化換算成檢測到的變化的扭矩值，變化的扭矩值可以為 正數(shù)，也可以為負數(shù)(步驟364)，變化扭矩值加上前次設定值便為新設定的扭矩值(步驟 365)，新設定的扭矩值被存入處理單元的第一內存(步驟366)。此時，動力工具開始工作 (步驟367)，磁編碼器301實時檢測磁片302的運動變化量，并實時生成表征第三齒圈11運 動變化量的信號，該信號通過第二數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元，處理單元實時讀取磁編 碼器的檢測值(步驟368)，并換算成扭矩值存入處理單元的第二內存(步驟369)，并比較 實時測量扭矩值是否大于或等于設定扭矩值(步驟370)，如果不是，則繼續(xù)進行下一步驟， 動力工具可以繼續(xù)工作(步驟371);如果是，則處理單元將信號傳給控制執(zhí)行單元，切斷馬達電源供給(步驟372)。 參見圖13至圖20所示，是本發(fā)明動力工具第三實施例。在本實施例中，數(shù)據(jù)轉換 電路、處理單元以及控制單元的結構與工作原理與第一實施例相同，此處不再贅述。
扭矩設定單元52包括與印刷線路板13電連接的輕觸開關521。輕觸開關521為 業(yè)界通用的開關，包括電子顯示屏522、設定扭矩值的按鍵523、524以及用于通斷輕觸開關 521的電力的按鍵525。電子顯示屏522可以為數(shù)碼管或者液晶屏。 利用輕觸開關521，操作者可以很方便地操作設定扭矩值的按鍵523、524來設定 扭矩值，設定的扭矩值通過第一數(shù)據(jù)轉換電路傳遞到處理單元的第一內存。在本實施例中， 扭矩設定單元52也可以使用第一實施例或者第二實施例中的扭矩設定單元。
扭矩檢測單元51包括固定設置在后殼11上的傳感器，傳感器優(yōu)選為光電傳感器 511，固定設置在第三齒圈11上的檢測件，檢測件優(yōu)選為環(huán)形的遮光盤512。在本實施例中， 第三齒圈11朝向輸出軸7的端面上設置有凹槽lll，彈性元件513的一個自由端設置在齒 圈凹槽lll內，彈性元件513的主體套設在前殼9上，彈性元件513的另一自由端固定設置 在前殼9上。在本實施例中，彈性元件513為扭簧。參見圖16所示，遮光盤512包括均勻 設置在圓周上的多個通孔5121。參見圖19所示，遮光盤512也可以使用透光材料制成，遮 光盤512的圓周上均勻設置有多個不透光的條紋5122。 動力工具工作時，當通過輸出軸7傳遞到第三齒圈11的扭矩到達一定的值時，第 三齒圈ll產生轉動，第三齒圈11的轉動帶動彈性元件513產生扭轉，同時帶動遮光盤512 相對于光電傳感器511轉動，即遮光盤512相對于輸出軸7作旋轉運動。光電傳感器511 發(fā)出的光線便會被遮光片512遮住，或者穿過遮光片512的通孔5121，光電傳感器511記錄 下通過的通孔5121的個數(shù)并生成脈沖信號(每個脈沖代表角位移量，即角位移量/脈沖)， 該信號通過第二數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元，處理單元經過計算，將脈沖信號換算成相 應的角位移量，同時根據(jù)彈性元件513的剛度(扭矩/角度)與角位移量相乘得到彈性元 件513所受的扭矩，即得出需要測量的扭矩值。 參見圖20所示，是本發(fā)明動力工具第三實施例原理方框圖。當開關6閉合后，處理 器上電復位，執(zhí)行初始化動作(步驟531)，之后啟動輕觸開關521，將處理單元的原設定值 清零(步驟532)，然后按壓輕觸開關521，設定扭矩值(步驟533)，新設定的扭矩值通過第 一數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元的第一內存(步驟534)。此時，動力工具開始工作(步驟 535)，光電傳感器511實時檢測遮光盤512的運動變化量，并實時生成表征第三齒圈11運 動變化量的信號，該信號通過第二數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元，處理單元實時讀取光電 傳感器511的檢測值(步驟536)，并換算成扭矩值存入處理單元的第二內存(步驟537)，并 比較實時測量扭矩值是否大于或等于設定扭矩值(步驟538)，如果不是，則繼續(xù)進行下一 步驟，動力工具可以繼續(xù)工作(步驟539);如果是，則處理單元將信號傳給控制執(zhí)行單元， 切斷馬達電源供給(步驟540)。 本實施例的扭矩設定單元52的輕觸開關521可以更換為與印刷線路板13電連接 的撥盤55，參見圖15所示。撥盤的種類很多，而使用比較方便的撥盤是二進制編碼的十進 制代碼(BCD碼)撥盤。 參見圖15所示，圖中為四片BCD碼撥盤拼接的四位十進制輸入撥盤組。每片撥盤 具有零至九十個位置，每個位置都有相應的數(shù)字顯示，代表撥盤輸入的十進制數(shù)。因此，每片撥盤可代表一位十進制數(shù)。需要幾位十進制數(shù)可選擇幾片BCD撥碼盤拼接。
BCD碼撥盤后面有五個接點，其中A為輸入控制線，另外四根是BCD碼輸出信號線。 撥盤撥到不同位置時，輸入控制線A分別與四根BCD碼輸出線中的某根或某幾根接通。其 接通的BCD碼輸出線狀態(tài)正好與撥盤指示的十進制數(shù)相一致。 所述撥盤55與處理單元電連接。所述處理單元可以檢測BCD碼撥盤55設定的數(shù) 值并將其轉換成相應的扭矩值。 參見圖21至圖23所示，是本發(fā)明動力工具第四實施例。在本實施例中，數(shù)據(jù)轉換 電路、處理單元以及控制單元的結構與工作原理與第一實施例相同，扭矩設定單元15與第 一實施例的設定裝置相同，扭矩設定單元15可以更換為第二、第三實施例中的任意一種扭 矩設定方式，此處不再贅述。 扭矩檢測單元60包括固定設置在后殼10上的傳感器，傳感器優(yōu)選為磁編碼器 601，固定設置在第三齒圈11上的檢測件，檢測件優(yōu)選為環(huán)形的磁盤602。本實施例中的彈 性元件603的結構以及設置方式與本發(fā)明第三實施例的相同，此處不再贅述。
參見圖23所示，磁盤602包括均勻設置在圓周上的多個S、 N磁極，磁極可以印刷 在磁盤602表面，也可以通過燒結而設置在磁盤602上，也可以通過噴磁粉的方式設置在磁 盤602上。本領域人員所熟知的設置方式均屬于本發(fā)明的構思范圍。 動力工具工作時，當通過輸出軸7傳遞到第三齒圈11的扭矩到達一定的值時，第 三齒圈ll產生轉動，第三齒圈11的轉動帶動彈性元件603產生扭轉，同時帶動磁盤602相 對于磁編碼器601轉動，即磁盤602相對于輸出軸7作旋轉運動。此時，磁編碼器601記錄 下通過的S極或者N極的個數(shù)并生成脈沖信號(每個脈沖代表角位移量，即角位移量/脈 沖)，并通過第二數(shù)據(jù)轉換電路將把該信號傳遞給處理單元，處理單元經過計算，將脈沖信 號換算成相應的角位移量，同時根據(jù)彈性元件603的剛度(扭矩/角度)與角位移量相乘 得到扭簧所受的扭矩，即得出需要測量的扭矩值。 參見圖24、圖25所示，是本發(fā)明動力工具第五實施例。在本實施例中，第三齒圈 11除了在內圈上成型有與行星齒輪45的外齒嚙合的內齒外，第三齒圈11在外圓周面上還 均布有多個凸起112，第三齒圈11通過該多個凸起112與設置在前殼9上的相應的多個定 位凹槽92間隙配合。 在本實施例中，數(shù)據(jù)轉換電路、處理單元以及控制單元的結構與工作原理與第一 實施例相同，扭矩設定單元15與第一實施例的設定裝置相同，扭矩設定單元15可以更換為 第二 、第三實施例中的任意一種扭矩設定方式，此處不再贅述。 扭矩檢測單元61包括固定設置在機殼上的壓力傳感器611。參見圖25所示，在前 上設置有凹槽93，凹槽93與定位凹槽92相通。壓力傳感器611便設置在凹槽93內。此處 的壓力傳感器可以有多種形式。優(yōu)選的，壓力傳感器611可以為應變電阻片。
動力工具工作時，當通過輸出軸7傳遞到第三齒圈11的扭矩到達一定的值時，第 三齒圈ll產生轉動，第三齒圈11的外圓周面上的凸起112便抵壓應變電阻片，應變電阻片 產生變形，電阻值產生變化，電阻值變化通過第二數(shù)據(jù)轉換電路傳遞給處理單元，處理單元 通過計算將電阻值的變化量換算成力值，力值乘以第三齒圈11的回轉半徑便得出第三齒 圈11所受的扭矩值，即為需要測量的扭矩值。 本領域普通技術人員可知，以上實施例中的實時檢測第三齒圈11所受的扭矩值，也可以替換成檢測第一齒圈47或者第二齒圈48的扭矩值。其檢測原理以及切斷馬達的電 源供給的原理均相同，此處不再贅述。 本發(fā)明通過扭矩檢測單元來測量內齒圈所受的扭矩，只要內齒圈受力產生轉動， 扭矩檢測單元便可以實時感應到脈沖信號，通過與處理單元共同作用，來實時檢測內齒圈 所受的扭矩。當檢測到的扭矩值大于設定扭矩值時，便可以切斷馬達的供電，來有效地防止 動力工具本身以及工件、材料的損壞。由于扭矩檢測單元不需要與機械式離合器結合，避免
了機械式離合器容易磨損的弊端，動力工具可以在設定的扭矩值來切斷馬達的電源供給， 避免了動力工具本身或者材料、工件的損壞。而且本發(fā)明的扭矩控制系統(tǒng)可以檢測動力工 具的實時工作效率，為進一步優(yōu)化動力工具的操作做好準備。
權利要求
一種動力工具，包括機殼；設置在機殼內的馬達，所述馬達輸出旋轉動力；輸出軸；設置在馬達和輸出軸之間以將馬達的旋轉輸出傳遞到輸出軸上的行星齒輪傳動機構，行星齒輪傳動機構包括齒圈；扭矩控制系統(tǒng)；其特征在于所述扭矩控制系統(tǒng)用于檢測所述齒圈受到的扭矩值，并判斷檢測的扭矩是否大于或等于動力工具的預設扭矩值，如果大于或等于動力工具的預設扭矩值，所述扭矩控制系統(tǒng)便停止馬達的電源供給。
2. 根據(jù)權利要求1所述的動力工具，其特征在于所述齒輪傳動機構包括至少一組齒輪系，所述齒輪系包括行星輪系，所述行星輪系包括若干行星輪以及用于支撐行星輪的行星架，所述齒圈與所述行星輪齒形連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的動力工具，其特征在于所述扭矩控制系統(tǒng)用于實時檢測齒圈所受到的扭矩。
4. 根據(jù)權利要求1所述的動力工具，其特征在于所述扭矩控制系統(tǒng)包括扭矩檢測單元及與扭矩檢測單元電連接的處理單元。
5. 根據(jù)權利要求4所述的動力工具，其特征在于所述扭矩檢測單元包括固定設置在機殼上的傳感器，與齒圈連接并在齒圈運動時而相對于傳感器運動的檢測件，所述傳感器根據(jù)檢測到的檢測件的運動變化量而生成表征所述齒圈運動變化量的信號，并傳遞給所述處理單元；所述處理單元用于根據(jù)接收到的信號計算齒圈的扭矩，并在扭矩大于或等于設定的扭矩值時，輸出信號來停止馬達電源供給。
6. 根據(jù)權利要求5所述的動力工具，其特征在于所述檢測件相對于輸出軸作軸向運動。
7. 根據(jù)權利要求6所述的動力工具，其特征在于所述動力工具還包括與檢測件固定安裝在一起的球面頂桿，以及套設在檢測件上的彈性元件；所述齒圈的一個端面上設置有斜面，所述球面頂桿抵壓在斜面上；當輸出軸傳遞到齒圈上扭矩達到一定值時，齒圈旋轉，并通過斜面體動球面頂桿以及檢測件相對于傳感器運動。
8. 根據(jù)權利要求6所述的動力工具，其特征在于所述傳感器為光電傳感器，所述檢測件為遮光片。
9. 根據(jù)權利要求6所述的動力工具，其特征在于所述傳感器為磁編碼器，所述檢測件為磁片。
10. 根據(jù)權利要求5所述的動力工具，其特征在于所述檢測件相對于輸出軸作旋轉運動。
11. 根據(jù)權利要求10所述的動力工具，其特征在于所述動力工具還包括彈性元件，所述彈性元件一端固定設置在齒圈上的彈性元件，另一端固定設置在機殼上；當輸出軸傳遞到齒圈上的扭矩達到一定值時，齒圈旋轉，并同時帶動彈性元件產生扭轉，帶動檢測件相對于傳感器轉動。
12. 根據(jù)權利要求10所述的動力工具，其特征在于所述傳感器為光電傳感器，所述檢測件為環(huán)形的遮光盤。
13. 根據(jù)權利要求10所述的動力工具，其特征在于所述傳感器為磁編碼器，所述檢測件為環(huán)形的磁盤。
14. 根據(jù)權利要求4所述的動力工具，其特征在于所述扭矩檢測單元包括設置在機殼內的壓力傳感器，所述齒圈的外圓周面上均布有多個凸起，所述壓力傳感器抵靠在所述凸起上。
15. 根據(jù)權利要求4所述的動力工具，其特征在于所述扭矩控制系統(tǒng)還包括與處理單 元電連接的扭矩設定單元，所述扭矩設定單元用于設定數(shù)值，所述處理單元可將扭矩設定 單元設定的數(shù)值轉換成預設扭矩值并存儲于處理單元內。
16. 根據(jù)權利要求4所述的動力工具，其特征在于所述扭矩控制系統(tǒng)還包括與處理單 元電連接的扭矩設定單元，所述扭矩設定單元用于設定預設扭矩值，所述處理單元用于存 儲預設扭矩值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動力工具，包括機殼；設置在機殼內的馬達，所述馬達輸出旋轉動力；輸出軸；設置在馬達和輸出軸之間以將馬達的旋轉輸出傳遞到輸出軸上的行星齒輪傳動機構，行星齒輪傳動機構包括齒圈；扭矩控制系統(tǒng)；扭矩控制系統(tǒng)用于檢測所述齒圈受到的扭矩，并判斷檢測的扭矩是否大于或等于動力工具的預設的扭矩值，如果大于或等于動力工具的預設扭矩值，扭矩控制系統(tǒng)便停止馬達的電源供給，避免了動力工具本身或者材料、工件的損壞。
文檔編號B25B23/14GK101758478SQ200910006650
公開日2010年6月30日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權日2008年12月19日
發(fā)明者劉芳世, 張士松, 鐘紅風 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司