拉动工具技术领域
本公开涉及一种拉动装置，并且更具体来说涉及一种具备耐用的紧凑构
造以及因此可靠的齿轮系和电动机控制系统的便携式拉动工具。
背景技术
本章节提供与本公开有关的背景信息，其未必是现有技术。
绞盘和起重机被用于广泛范围的应用并且产生了许多不同尺寸与类型
的绞盘和起重机。绞盘通常安装到越野车辆的保险杠，并且可用于通过将绞
盘缆线的一端附接到树或其它固定物体来拉动车辆脱离卡陷状态或将车辆
拉上陡坡。工业绞盘或起重机还用于提升应用或用在施工现场、商店、谷仓
或家庭。工业绞盘和起重机通常需要用螺栓固定下来或以其它方式附着到固
定物体以供使用并且有时可能在重量上较重且运送麻烦。
本公开的拉动工具为拉动工具提供了便携的、易运送的、相对轻量的、
紧凑的构造。
发明内容
本章节提供对本公开的一般概述，并且不是本公开的完整范围或其所有
特征的全面披露。
根据本公开的一个方面，提供一种拉动工具，其包含外壳，所述外壳具
有限定其中的腔和一对侧开口的中心壳体。中心壳体包含其中具有缆线开口
的第一端和具有锚定部分的第二端。外壳包含覆盖所述一对侧开口的一对端
帽。可旋转鼓轮设置在外壳中并且其上缠绕有缆线。缆线延伸穿过在中心壳
体的第一端中的缆线开口。电动机设置在外壳中并且驱动地连接到可旋转鼓
轮。中心壳体具有大体椭圆形横截面，并且一对底盘构件设置在中心壳体的
一对侧开口中以便可旋转地支撑鼓轮。行星齿轮系被提供用于将电动机驱动
地连接到鼓轮，并且所述行星齿轮系设置在鼓轮。电动机通过连接到电动机
的驱动皮带轮和连接到行星齿轮系的输入轴的从动皮带轮而连接到行星齿
轮系，并且驱动皮带连接在驱动皮带轮与从动皮带轮之间。电动机可设置在
鼓轮与处于中心壳体的第一端处的缆线开口之间。
根据本公开的另一个方面，外壳可包含用于接收拉动工具的配件的至少
一个腔。
根据本公开的另一个方面，磁体设置在可旋转鼓轮内并且磁场传感器被
提供用于在覆盖磁体的区域中感测缆线何时从鼓轮解开。控制器接收来自磁
场传感器的信号，并且当磁场传感器在缆线从鼓轮解开以暴露磁体的磁场的
时候感测到鼓轮中的磁体时停用电动机。
根据本公开的另一个方面，可旋转鼓轮可包含具有第一直径的第一圆柱
形区域和具有大于第一直径的第二直径的第二圆柱形区域，其中第一圆柱形
区域接收缆线在其上的初始卷绕部。磁体可在鼓轮内被设置在鼓轮的较小的
第一圆柱形区域中。可旋转鼓轮可由第一鼓轮半部和第二鼓轮半部制成，并
且可通过设置在鼓轮的相对端处的一对鼓轮凸缘而紧固在一起。两个鼓轮半
部有利于鼓轮内的行星齿轮系的装配。可旋转鼓轮还包含嵌入可旋转鼓轮的
圆柱形面中的绳索锚定件。
根据本公开的另一个方面，电力制动器可固定在外壳内并且接合行星齿
轮系的输入构件以便对可旋转鼓轮提供制动。电力制动器具有通常接合状态
并且被电致动以脱离电力制动器。
根据本公开的又另一个方面，拉动工具具备向控制器提供信号的倾斜
仪，当倾斜仪检测到拉动工具水平定向时所述控制器控制拉动工具在第一模
式下的操作，并且当倾斜仪检测到拉动工具竖直定向时所述控制器用于控制
拉动工具在不同于第一模式的第二模式下的操作。
另外的适用性领域将从本文提供的描述变得显而易见。本概述中的描述
和具体示例意欲仅用于说明目的并且不意欲限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的图式仅用于说明所选择的实施方案而不是所有可能的实施
方案的目的，并且不意欲限制本公开的范围。
图1是根据本公开的原理的便携式拉动工具的透视图；
图2是出于说明目的的便携式拉动工具的部件的局部分解透视图；
图3是出于说明目的的便携式拉动工具的前部的局部分解透视图，其中
侧盖已移除；
图4是出于说明目的的便携式拉动工具的后部的局部分解透视图，其中
侧盖已移除；
图5是出于说明目的的便携式拉动工具的鼓轮和行星齿轮系统的局部分
解透视图；
图6是根据本公开的原理的拉动工具的截面图，其说明在鼓轮内的行星
齿轮系统的部件；
图7是出于说明目的示出的鼓轮和第三行星齿轮组的部件的分解透视
图；
图8是图1中示出的拉动工具的一部分的分解透视图；
图9是根据本公开的原理的鼓轮和缆线单元的平面图；
图10是鼓轮和缆线单元的平面图，其中缆线已移除以便暴露其中的磁
体；
图11是根据本公开的原理的拉动工具的截面图；
图12是根据本公开的原理的电力制动器的透视图；
图13是根据本公开的原理的拉动工具的透视图，所述拉动工具具有合
并到外壳中的远程控制配件；
图14是根据本公开的原理的远程控制单元的透视图；
图15是根据本公开的原理的拉动工具的示意性控制图；
图16是根据本公开的原理的合并有软启动控件的拉动工具的示意性控
制图；以及
图17是根据本公开的原理的电力输入/电力输出开关的输入、由此
MOSFET驱动器和电动机速度的输入根据软启动控件随时间推移的图形说
明。
具体实施方式
现将参照附图更全面地描述示例性实施方案。
提供示例性实施方案以使得本公开将是彻底的，并且将范围完全地传达
给本领域的技术人员。阐述了许多具体的细节(例如，具体部件、装置和方
法的示例)，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。本领域的技术人员将
了解，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以许多不同的形式具体化并
且不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，未详细描述
众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的并且不意欲进
行限制。如本文所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、
“一种”和“所述”可意欲也包含复数形式。术语“包括
(comprises/comprising)”、“包含”和“具有”是包含性的并且因此规定了
所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或
附加一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。
除非明确指出按次序执行，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应解释
为必然要求其以所讨论或所说明的特定次序执行。还应理解，可以采用额外
的或替代的步骤。
当元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”、“连接到”、或
“联接到”另一个元件或层时，其可以是直接在另一个元件或层上、接合、
连接或联接到另一个元件或层上，或可存在介于其间的元件或层。相比之下，
当元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”、
或“直接联接到”另一个元件或层时，可能不存在介于其间的元件或层。用
于描述元件之间的关系的其它词应以同样的方式进行解释(例如，“在……
之间”对“直接在……之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。如本文所使用，
术语“和/或”包含相关联的列出项目中的一者或更多者的任一组合和所有组
合。
虽然术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种元件、部件、区
域、层和/或区段，但这些元件、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语
限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或区段与另一个区域、
层或区段区分开。除非上下文有明确指示，否则例如“第一”、“第二”和其
它数字术语的术语在本文中使用时并不暗示顺序或次序。因此，在不背离示
例性实施方案的教义的情况下，可将下文讨论的第一元件、部件、区域、层
或区段称为第二元件、部件、区域、层或区段。
为了易于描述，本文可使用空间相对术语(例如“内部”、“外部”、“在……
下方”、“在……之下”、“下部”、“在……之上”、“上部”等等)来描述如图
中所说明的一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系。空间相
对术语可意欲涵盖除图中所描绘的取向之外的装置在使用或操作中的不同
取向。例如，如果图中的装置被翻转，那么被描述为“在”其它元件或特征
“之下”或“下方”的元件将被定向成“在”其它元件或特征“之上”。因
此，示例性术语“在……之下”可涵盖在……之上和在……之下的取向。装
置可以其它方式定向(旋转90度或处于其它取向)并且本文使用的空间相
对描述符可进行相应地解释。
参照图1，根据本公开的原理的便携式拉动工具10包含外壳12、安装
到外壳12的柄部14以及从外壳12延伸的电源线16。外壳12包含中心壳体
18，所述中心壳体18具有在第一端18a中的缆线开口20和在第二端18b中
的锚定部分22。一对左侧盖24L和右侧盖24R安装到中心壳体18的相对侧。
参照图2，示出中心壳体18，并且所述中心壳体18包含大体椭圆形形
状的横截面且包含在其相对侧上的两个敞开的侧面。一对侧底盘构件26L、
26R分别提供于壳体18的左侧和右侧上。可旋转鼓轮28由在外壳12的中
心壳体18内的侧底盘构件26L、26R可旋转地支撑。电动机30在外壳12
的中心壳体18内被安装于侧底盘构件26L、26R之间。电动机30由分别安
装到侧底盘构件26L、26R的一对电动机安装支架32L、32R支撑。一对连
接杆34连接在所述一对侧底盘构件26L、26R之间并且在其间提供横向支撑。
参照图3，示出便携式拉动工具10的左前透视图，其中出于说明目的侧
盖24L、24R已从中心壳体18移除。侧底盘构件26L、26R设置在中心壳体
18的相对侧上并且可旋转鼓轮28可旋转地安装在侧底盘构件26L、26R之
间并由其支撑。另外，示出了电动机安装支架32L，其安装到侧底盘构件26L
以用于支撑在中心壳体18内的电动机30。示出了右侧盖24R的内部，其包
含安装凸起部38以用于将侧盖24R固定到左侧底盘构件26L和右侧底盘构
件26R。图4是类似于图3但是从拉动工具10的相对侧观察的视图，其说
明在左侧盖24L的内部上的类似安装凸起部38。
如图3和图4中所说明，柄部14可包含将柄部14连接到左侧底盘构件
26L和右侧底盘构件26R的一对向前安装位置14a、14b和一对向后安装位
置14c、14d。柄部14还包含中心握持部分40以及向前握持部分42和向后
握持部分44，这些部分允许以各种方式捡起并握住便携式拉动工具10。
如图2和图4中所说明，电动机30具有从其延伸的驱动轴46，所述驱
动轴46连接到驱动皮带轮48。驱动轴46和皮带轮48设置在电动机安装支
架32R以及侧底盘构件26R的外侧面上。电动机安装支架32R具有在其中
的开口50以用于接收驱动轴46。参照图4，从动皮带轮52通过皮带54驱
动地连接到驱动皮带轮48。从动皮带轮52连接到设置在可旋转鼓轮28内的
行星齿轮系的输入轴56。可通过调整电动机安装支架32R、32L相对于侧底
盘构件26R、26L的位置来拉紧皮带54。应当指出的是，可以使用链条和链
轮系统来代替所示的皮带和皮带轮系统。
参照图5，现将描述可旋转鼓轮28的装配。可旋转鼓轮28包含第一鼓
轮半部28a和第二鼓轮半部28b。鼓轮半部28a、28b可沿其相对边缘而包含
突出配对肋60和凹进沟槽62，用于与另一个鼓轮半部28a、28b的对应沟槽
62和肋60配对。一对鼓轮凸缘64、66各自具备接收对应的螺纹紧固件70
的多个孔68，所述螺纹紧固件70拧进提供在鼓轮半部28a、28b中的对应螺
纹钻孔72中。鼓轮凸缘64、66将鼓轮半部28a、28b紧固在一起。行星齿
轮系统74设置在鼓轮组件28内。
参照图6，现将描述行星齿轮系统74。行星齿轮系统74接收来自连接
到从动皮带轮52的输入轴56的输入。第一级太阳齿轮76被固定到输入轴
56并且驱动第一级行星齿轮组78，其中每个行星齿轮78接合第一环形齿轮
80。第一级行星齿轮组包含连接到第二级太阳齿轮84的行星齿轮架82。第
二级太阳齿轮84驱动地接合多个第二级行星齿轮86，所述多个第二级行星
齿轮86各自与第二级环形齿轮85啮合。第二级行星齿轮组的行星齿轮86
可旋转地安装到第二级行星齿轮架88。第二级行星齿轮架88连接到第三级
太阳齿轮90。第三级行太阳轮组90与多个第三级行星齿轮92驱动地接合，
所述多个第三级行星齿轮92与第三级环形齿轮94啮合。第三级行星齿轮92
安装到第三级行星齿轮架96，所述第三级行星齿轮架96连接到可旋转鼓轮
28以用于将驱动转矩提供到可旋转鼓轮28。
参照图5和图7，示出具有八边形形状的第三级行星齿轮架96。应当指
出的是，第三级行星齿轮架96的八边形形状可具有其它多边形形状，例如
六边形或方形。多边形形状的第三级行星齿轮架96被接收于限定在可旋转
鼓轮28内部的类似形状的多边形凹部98中，如图7中最佳地示出。多边形
凹进腔98接收多边形形状的第三级行星齿轮架96，以便将旋转运动从第三
级行星齿轮架96转移到可旋转鼓轮28。
如图5中所示，鼓轮半部28a、28b各自包含在其相对端处的圆柱形轴
承表面100，所述圆柱形轴承表面100允许使鼓轮28在其相对端处被可旋转
地支撑在外壳12内。第一鼓轮半部28a包含在限定于其中的圆柱形表面中
的绳索锚定槽102。绳索锚定槽102被设计成允许将缆线或绳索锚定到鼓轮
并且具备在鼓轮28的直径减小的圆柱形部分104顶部上方从锚定件馈送缆
线或绳索的曲率。鼓轮28的直径减小的圆柱形部分104被设计用于接收在
其上的绳索或缆线106的初始卷绕部，如图9最佳地说明。缆线106从绳索
锚定件102延伸于鼓轮的相对较大直径部分108的阶梯式肩部中并且提供围
绕较小直径部分104的若干卷绕部。因为拉动工具10的拉力取决于鼓轮28
的有效直径，所以围绕鼓轮28的缆线106的初始卷绕部意欲大体留在鼓轮
28上并且由绳索或缆线的外层包裹，所述外层有效地具有等于或大于鼓轮的
较大直径部分108的直径的共同最小直径。
可旋转鼓轮28可具备嵌在可旋转鼓轮28的较小直径部分104内的磁体
110。在操作期间，嵌入的磁体110可由缆线106的初始卷绕部覆盖，所述
缆线106如图9中所说明卷绕在鼓轮28的小直径部分104周围。当将缆线
106从鼓轮解开时，如图10中所说明，磁体110变成未覆盖的，并且可由如
图11中所说明安装在外壳12内的传感器112来检测磁体110的磁场。当传
感器112感测到未覆盖磁体110的磁场时，传感器112可向微控制器单元114
提供信号，如图16中所说明。响应于接收到来自磁场传感器112的信号，
微控制器单元114停止电动机30的操作，以使得没有额外的缆线从鼓轮20
解开。
继续参照图15，倾斜仪116可安装到外壳12以便检测拉动工具10是处
于水平取向还是竖直取向。拉动工具10既可用作用于在竖直方向上提升物
体离开地面的起重机，或可用作用于水平拉动物体的绞动装置。起重机的设
计和安全要求不同于绞盘的设计和安全要求，并且因此倾斜仪116向微控制
器单元114提供信号以指示是将拉动工具10定向在用于升举的竖直位置中
还是用于拉动的水平位置中。微控制器单元114接收来自倾斜仪116的信号
并且基于所述信号可按第一升举模式或第二绞动模式利用用于每种模式的
不同起重机或绞盘参数来操作拉动工具。倾斜仪116可安装到拉动工具10
的印刷电路板或另一部分。倾斜仪116可以是用于监测便携式工具10的位
置的三轴低重力微机械加速度计。微控制器单元114可包含计算工具相对于
重力方向的间距和滚动角的算法。微控制器单元114确定工具的操作条件并
且基于特定的操作模式来限制工具能力。微控制器单元114可具备用于从绞
动模式转变到升举(提升)模式的阈值角度，例如距水平面30度。具体角
度可基于各种设计标准和安全标准。
参照图3和图12，电力制动器120被提供用于接合行星齿轮系统74的
输入轴56。电力制动器安装到左侧底盘构件26L，并且经弹簧偏置以通常接
合轴56。当电动机30在收绳或放绳方向上操作时，电力制动器120可被电
致动以使制动器120与输入轴56脱离。当流向电动机30的电流中断时，流
向制动器120的电流也中断，从而使得制动器与输入轴56自动重新接合。
电力制动器120到行星齿轮系统的输入轴56的连接利用了三级行星齿轮系
统74的齿轮减速，这样极大地减少了将可旋转鼓轮28保持在制动状态下所
需的制动转矩的量。此外，制动发生在位于皮带轮和皮带系统48、52、54
下游的位置处，以使得在皮带54滑落或断裂的情况下，制动器120将鼓轮
保持在静止位置中。
在启动时对拉动工具的控制可包含软启动。如图16中所说明，微控制
器单元114可具备来自远程控制单元132的信号，所述远程控制单元132将
包含“收绳”和“放绳”的方向信号提供到微控制器单元114。响应于这些
信号，微控制器单元114将确定电动机30的旋转方向的方向信号提供到继
电器电路134。另外，微控制器单元114向电力MOSFET驱动器140提供信
号以用于将电流供应到电动机30。通过斜变在启动时的脉冲宽度调制
MOSFET驱动器信号持续较短时间(例如，1到2秒)来提供软启动方法。
通过向MOSFET驱动器140提供在启动时的脉冲宽度调制信号，电动机速
度随时间推移逐渐增加，如图18中所说明，以便提供允许精确地操作缆线
106的“收绳”和“放绳”的软启动。此外，软启动通过减少对工具10的振
动和脉冲载荷影响来增加工具的耐久性。本公开的方法消除了对使用高成本
的变量触发开关的需要并且与带有拨动开关146的远程装置132(图14)兼
容。另外，本公开的软启动系统与通常使用的无线控件兼容。
图17提供根据本公开的原理的电力输入/输出开关、继电器、MOSFET
驱动器和电动机速度的输入在软启动操作期间随时间推移的图形说明。
有线远程控件132可在低压(12VDC)下操作并且提供安全操作和延
长的缆线长度而无电力损失。远程控件132向使用者提供紧急停机开关142
和LED反馈144。低压紧急停机开关142被合并到远程控件132中以向用户
提供切断流向系统的电力的能力。流向电动机的电力保持断开直到电源线
116断开连接并且重置紧急停机开关按钮142为止。
参照图13，便携式拉动工具10可包含在其表面中的用于接收拉动工具
的一个或多个配件的凹进腔130。配件可包含如图14中所说明的远程控制单
元132，或可包含例如额外的挂钩、开口滑轮和其它绳索或缆线配件的配件。
已出于说明和描述的目的提供对实施方案的前述描述。其并不意欲是详
尽的或限制本公开。特定实施方案的个别元件或特征大体并不限于那个特定
的实施方案，而是在适用的情况下可互换并且可用于所选择的实施方案中，
即使未明确示出或描述。所述元件或特征还可以许多方式改变。此类变化不
应视为脱离本公开，并且所有此类修改意欲包含在本公开的范围内。