TWI576213B - 電動衝擊式工具之扭力控制裝置及其方法 - Google Patents

Description

電動衝擊式工具之扭力控制裝置及其方法

本發明係與電動衝擊式工具有關。

電動衝擊式工具為業界常見使用的工具之一，此類工具主要係透過馬達之轉軸來帶動一衝擊裝置，並透過衝擊裝置來敲擊一旋轉軸，迫使旋轉軸旋轉進而產生扭力，使用者可藉此來鎖緊或旋鬆一結合元件(如：螺絲、螺帽)。因此，要如何能更精準地控制輸出總扭力來進行組裝/拆卸作業，成為各家廠商主要研究之目的，如TWI480132等所揭露之電動衝擊式工具之扭力控制裝置及方法即屬此類。

可以理解的是，馬達之轉速與時間皆會影響旋轉軸的總扭力輸出，而馬達之轉速又受控於電池之電壓值大小，因此，在TWI480132此專利中即係透過持續地偵測電池輸出之電壓值，針對電壓值之改變來建立並進行相對應的時間補償機制。

但是上述之方式過於理想化，忽略了電動衝擊式工具在實際運轉過程中，存在有諸多影響馬達轉速之重要因素。舉例來說，電池雖然係輸出同樣之電壓，但是由於各個馬達的轉速公差(滑差率)不同，將會造成各個馬達在實際上並無法達到相同的轉速；然而，卻因為電池輸出之電壓值相同，導致時間補償機制並不會進行補償。換言之，僅以該電池之電壓 值作為判斷基準，來進行補償係不可靠的，在實際使用時仍然存在無法準確地控制輸出的總扭力值的問題，不能確保組裝/拆卸作業之可靠度或安全性，存在亟待改善之缺弊。

因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之電動衝擊式工具之扭力控制裝置及其方法，以解決上述之問題。

本發明之主要目的在於提供一種電動衝擊式工具之扭力控制裝置及其方法，將實際會影響總扭力輸出之因素考量在內，而可以精確地控制電動衝擊式工具所輸出的總扭力值，並且能在電池電壓值下降後，透過時間補償機制來達到預設之總扭力值。

為達成上述目的，本發明提供一種電動衝擊式工具之扭力控制裝置，該扭力控制裝置係供電性連接於一電動衝擊式工具之一馬達與一電池，該電池具有一預設電壓，該扭力控制裝置包括一開關、一低壓迴路、一馬達驅動迴路、一扭力段位選擇迴路、一電流偵測迴路、一馬達轉速偵測迴路及一控制電路。該開關供電性連接於該電池。該低壓迴路電性連接於該開關，當該開關開啟時，該低壓迴路供將該電池之預設電壓轉換成一低於該預設電壓之低壓電壓。該馬達驅動迴路供電性連接於該馬達，並供驅動該馬達轉動。該扭力段位選擇迴路具有一供切換之輸入裝置，該輸入裝置具有複數扭力段位選項，該扭力段位選擇迴路依據不同的一該扭力段位選項而輸出一相對應的選項訊號。該電流偵測迴路供電性連於接該馬達，該電流偵測迴路供偵測該馬達之實際電流值並轉換成一電壓訊號輸出。該馬達轉速偵測迴路供以非接觸式方式偵測該馬達之實際轉速並輸出 對應該馬達之實際轉速之一實際轉速訊號。該控制電路與該低壓迴路、該馬達驅動迴路、該扭力段位選擇迴路、該電流偵測迴路、及該馬達轉速偵測迴路呈電性相連接關係，該低壓電壓用以供應該控制電路運作時所需之動力來源，該控制電路接收該電壓訊號及該實際轉速訊號並分別轉換成一第一電壓值及一實際轉速值，該控制電路包括有一儲存單元、及一計時器，該儲存單元儲存有一第二電壓值、設有複數扭力段位值、設有複數衝擊模式、及設有複數補償模式，該複數衝擊模式分別對應該複數扭力段位值，各該衝擊模式設有相互對應一預設轉速值及一衝擊時間值，該複數補償模式分別對應該複數扭力段位值，各該補償模式設有相對應的複數預設轉速差值及複數補償時間值，該控制電路接收該選項訊號後匹配相對應的一該扭力段位值，該控制電路取得對應的一該衝擊模式及一該補償模式。其中，當該實際轉速值達到該預設轉速值，且該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，該計時器開始計時，該計時器計時至該衝擊時間值時該馬達停止運轉。其中，當該實際轉速值未達到該預設轉速值，計算出一實際轉速差值後，對應一該預設轉速差值，其中，該實際轉速差值為該實際轉速值與該預設轉速值之差值；且當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，該計時器開始計時，該計時器計時至一總和時間值時該馬達停止運轉，其中，該總和時間值為該衝擊時間值與該補償時間值之總和。

為達成上述目的，本發明另提供一種電動衝擊式工具之扭力控制方法，該扭力控制方法供用於一電動衝擊式工具，該電動衝擊式工具具有一馬達、一電池及複數扭力段位選項，首先，預設一第二電壓值；接著，對應各該扭力段位選項分別建立一衝擊模式、及一補償模式，各該衝 擊模式具有一預設轉速值及一衝擊時間值；各該補償模式具有複數預設轉速差值、及複數補償時間值；該扭力控制方法包括以下步驟：選擇一該扭力段位選項，並啟動該馬達轉動，持續偵測並取得該馬達之實際轉速值、及該馬達之實際電流值，將該馬達之實際電流值轉換成一第一電壓值。

由該複數衝擊模式及該複數補償模式中，依據所選擇的一該扭力段位選項，取得對應的一該預設轉速值、一該衝擊時間值、該複數預設轉速差值、及該複數補償時間值，並依據下列判斷擇一執行：當該馬達之實際轉速值達到該預設轉速值，且該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，開始計時，且時間到達該衝擊時間值後，該馬達停止運轉。

當該馬達之實際轉速值未達到該預設轉速值時，計算出一實際轉速差值後，對應一該預設轉速差值，其中，該實際轉速差值為該實際轉速值與該預設轉速值之差值；而當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，開始計時，且時間到達該衝擊時間值與該補償時間值之加總後，該馬達停止運轉。

1‧‧‧扭力控制裝置

2‧‧‧開關

3‧‧‧低壓迴路

4‧‧‧馬達驅動迴路

5‧‧‧扭力段位選擇迴路

51‧‧‧輸入裝置

6‧‧‧電流偵測迴路

7‧‧‧馬達轉速偵測迴路

8‧‧‧控制電路

9‧‧‧警示迴路

91‧‧‧警示裝置

R‧‧‧預設轉速值

T‧‧‧衝擊時間值

D‧‧‧預設轉速差值

t‧‧‧補償時間值

圖1為本發明一較佳實施例之方法判斷流程圖。

圖2為本發明一較佳實施例之衝擊模式示意圖。

圖3為本發明一較佳實施例之補償模式示意圖。

圖4為本發明一較佳實施例之元件關係圖。

以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。

請參考圖1至圖4，其顯示本發明之一較佳實施例，本發明之電動衝擊式工具之扭力控制裝置1，該扭力控制裝置1係供電性連接於一電動衝擊式工具之一馬達與一電池，該電池具有一預設電壓，該扭力控制裝置1包括一開關2、一低壓迴路3、一馬達驅動迴路4、一扭力段位選擇迴路5、一電流偵測迴路6、一馬達轉速偵測迴路7及一控制電路8。

該開關2供電性連接於該電池。該低壓迴路3電性連接於該開關2，當該開關2開啟時，該低壓迴路3供將該電池之預設電壓轉換成一低於該預設電壓之低壓電壓。該馬達驅動迴路4供電性連接於該馬達，並可供驅動該馬達轉動。該扭力段位選擇迴路5具有一供切換之輸入裝置51，該輸入裝置51具有複數扭力段位選項，該扭力段位選擇迴路5依據不同的一該扭力段位選項而輸出一相對應的選項訊號。該電流偵測迴路6供電性連於接該馬達，該電流偵測迴路6供偵測該馬達之實際電流值並轉換成一電壓訊號輸出。

值得一提的是，該電動衝擊式工具所輸出之總扭力大小會與該馬達之轉速、該電池之電壓有相關連性，然而，在實際使用上更存在許多影響扭力輸出之因素，舉例來說：該馬達之轉速公差、電力損耗…等等，因此，若僅以該電池之電壓值作為判斷基準，來對輸出總扭力進行補償係不精準且不可靠的。而可以理解的是，不管影響總扭力輸出的因素為何，最終結果皆會導致該馬達之實際轉速產生改變；換言之，要確實精準地補償總扭力的輸出，較佳之作法係確實地掌控住該馬達之實際轉速。其中， 偵測該馬達之實際轉速的方式有許多種，較詳細地說，為了避免偵測過程中，會影響該馬達之實際轉速，於本實施的該馬達轉速偵測迴路7係透過以非接觸式方式來供偵測該馬達之實際轉速，同時該馬達轉速偵測迴路7會輸出對應該馬達之實際轉速之一實際轉速訊號。更詳細地說，該馬達轉速偵測迴路7設有一供偵測該馬達之實際轉速的偵測裝置，該偵測裝置係為光學式裝置或磁感式裝置。

而該控制電路8係作為該扭力控制裝置1中的處理判斷運作單元，該控制電路8與該低壓迴路3、該馬達驅動迴路4、該扭力段位選擇迴路5、該電流偵測迴路6、及該馬達轉速偵測迴路7呈電性相連接關係，該低壓電壓用以供應該控制電路8運作時所需之動力來源，該控制電路8接收該電壓訊號及該實際轉速訊號並分別轉換成一第一電壓值及一實際轉速值，該控制電路8包括有一儲存單元、及一計時器，該儲存單元儲存有一第二電壓值、設有複數扭力段位值、設有複數衝擊模式(如圖2)、及設有複數補償模式(如圖3)，該複數衝擊模式分別對應該複數扭力段位值，各該衝擊模式設有相互對應一預設轉速值R及一衝擊時間值T，該複數補償模式分別對應該複數扭力段位值，各該補償模式設有相對應的複數預設轉速差值D及複數補償時間值t，該控制電路8接收該選項訊號後匹配相對應的一該扭力段位值，該控制電路8取得對應的一該衝擊模式及一該補償模式。

當該實際轉速值達到該預設轉速值R，且該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，該計時器開始計時，該計時器計時至該衝擊時間值T時該馬達停止運轉。而若當該實際轉速值未達到該預設轉速值R時，該控制電路8會計算出一實際轉速差值後，並對應一該預設轉速差值D， 其中，該實際轉速差值D為該實際轉速值與該預設轉速值R之差值。換言之，此時則會啟動補償機制，當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，該計時器開始計時，該計時器係計時至一總和時間值時該馬達才會停止運轉，其中，該總和時間值為該衝擊時間值T與該補償時間值t之和。也就是說補償機制係透過延長衝擊時間來使得該扭力控制裝置1所輸出之實際總扭力值能夠達到所預設總扭力值，而能夠確實地進行組裝/拆卸作業，同時提升組裝後機台的安全性。

較佳地，該扭力控制裝置1另包括有一電性連接於該控制電路8之警示迴路9，該警示迴路9設有一警示裝置91(如：蜂鳴器、LED或顯示幕)，當該實際轉速差值大於該複數預設轉速差值D之最大值時，該控制電路8輸出停止訊號至該馬達驅動迴路4，以停止該馬達運轉，該控制電路8輸出一驅動訊號至該警示迴路9，該警示迴路9驅動該警示裝置91發出一警示訊息。

本發明另提供一種電動衝擊式工具之扭力控制方法，其係供用於上述的該電動衝擊式工具，該電動衝擊式工具具有該馬達、該電池及複數扭力段位選項。首先，預設一該第二電壓值；接著，對應各該扭力段位選項分別建立一該衝擊模式、及一該補償模式，各該衝擊模式具有一該預設轉速值R及一該衝擊時間值T；各該補償模式具有複數該預設轉速差值D、及複數該補償時間值t。該扭力控制方法包括以下步驟：選擇一該扭力段位選項，並啟動該馬達轉動，持續偵測並取得該馬達之實際轉速值、及該馬達之實際電流值，將該馬達之實際電流值轉換成一第一電壓值。

由該複數衝擊模式及該複數補償模式中，依據所選擇的一該扭力段位選項，取得對應的一該預設轉速值R、一該衝擊時間值T、該複數預設轉速差值D、及該複數補償時間值t，並依據下列判斷擇一執行：

當該馬達之實際轉速值達到該預設轉速值R，且該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，開始計時，且時間到達該衝擊時間值T後，該馬達停止運轉。

當該馬達之實際轉速值未達到該預設轉速值R時，計算出一實際轉速差值後，對應一該預設轉速差值D，其中，該實際轉速差值為該實際轉速值與該預設轉速值R之差值；而當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，開始計時，且時間到達一總和時間值時，該馬達停止運轉，其中，該總和時間值為該衝擊時間值T與該補償時間值t之加。

舉例來說，若該扭力段位值為2時，對應該衝擊模式的該預設轉速值R即為R₀₂、該衝擊時間值T即為T₂；同樣地，在該補償模式時，該預設轉速差值D及該補償時間值t亦是由對應該扭力段位值為2的位置尋找。假設此時該預設轉速差值D為D₂₂時，則該補償時間值t即為t₂₂，該總和時間值為T₂+t₂₂，其他情況則依此類推。

經由上述可知，當該馬達之實際轉速值未達到該預設轉速值R時，係透過延長衝擊作動的時間(即該補償時間值t)來進行補償，而能達到與原先該預設轉速值R時相同的總扭力輸出。較進一步來說，由於總扭力輸出又與該馬達之轉動圈數有相關聯性，因此，本實施例中係透過該補償時間值t來讓較低轉速狀態的該馬達經過時間補償後的轉動圈數，會與在該預設轉速值R狀態運作的該馬達於該衝擊時間內的轉動圈數相同。更 進一步來說，於本實施例係設定各該補償時間值t=H×各該衝擊時間值T×(各該預設轉速差值D/該馬達之實際轉速值)，其中H定義為轉換常數，可依據不同之工具作調整。以數據舉例來說，設定該預設轉速值R為1000rpm、該衝擊時間為10s，故該馬達之轉動圈數總共為166.7轉；而該預設轉速差值D為400rpm時，換言之，該馬達之實際轉速值為600rpm，經由上述公式可得該補償時間值t為6.67s。因此，較低轉速狀態的該馬達會運轉16.67s後才停止轉動，此時該馬達之轉動圈數亦為166.7轉。值得一提的是，依據不同的需求及考量的影響變素不同，使用者能設計出各種不同的運算公式來定義該複數補償時間值t。

另外，當該馬達之實際轉速差值係介於該複數預設轉速差值D中的最大值與最小值之間，但不等於其中任一該預設轉速差值D時，則以小於且最接近的該預設轉速差值D作為判斷而取得對應的該補償時間值t，用以避免輸出過大的總扭力會對螺絲(或其他固緊工件)造成損害。而當該實際轉速差值係小於該複數預設轉速差值D中的最小值時，由於差值過小可以忽略不計，故該補償時間值t為零。而當該實際轉速差值係大於該複數預設轉速差值D中的最大值時，表示可能該電池之電壓不足或是該馬達有部分損毀，而導致差值過大，換言之，此時該扭力控制裝置1已無法適用於實際加工作業，故在此狀態時，設定該馬達運轉會停止運轉。

綜上，本發明電動衝擊式工具之扭力控制裝置及其方法，將實際使用時所遇到的影響輸出總扭力的變因(如：馬達轉速、電池電壓、馬達轉速公差、電損耗等)皆考量進來，並由眾多變因中找出真正影響的重要因素：馬達之實際轉速；同時，配合非接觸式之方式來取得實際轉速值， 以避免影響馬達的運轉。

並且，當有轉速差值產生時，可透過時間補償來讓低於所預設轉速的馬達能夠輸出與預設設定相同的總扭力，能夠確實地進行組裝/拆卸作業；此外，更設有警示迴路，當轉速差值過大時，可有效提醒使用者目前之狀態。

綜上所述，本發明之整體結構設計、實用性及效益上，確實是完全符合產業上發展所需，且所揭露之結構發明亦是具有前所未有的創新構造，所以其具有「新穎性」應無疑慮，又本發明可較之習知結構更具功效之增進，因此亦具有「進步性」，其完全符合我國專利法有關發明專利之申請要件的規定，乃依法提起專利申請，並敬請 鈞局早日審查，並給予肯定。

1‧‧‧扭力控制裝置

2‧‧‧開關

3‧‧‧低壓迴路

4‧‧‧馬達驅動迴路

5‧‧‧扭力段位選擇迴路

51‧‧‧輸入裝置

6‧‧‧電流偵測迴路

7‧‧‧馬達轉速偵測迴路

8‧‧‧控制電路

9‧‧‧警示迴路

91‧‧‧警示裝置

Claims (8)

1. 一種電動衝擊式工具之扭力控制裝置，其係供電性連接於一電動衝擊式工具之一馬達與一電池，該電池具有一預設電壓，該扭力控制裝置包括：一開關，其供電性連接於該電池；一低壓迴路，其電性連接於該開關，當該開關開啟時，該低壓迴路供將該電池之預設電壓轉換成一低於該預設電壓之低壓電壓；一馬達驅動迴路，其供電性連接於該馬達，並供驅動該馬達轉動；一扭力段位選擇迴路，其具有一供切換之輸入裝置，該輸入裝置具有複數扭力段位選項，該扭力段位選擇迴路依據不同的一該扭力段位選項而輸出一相對應的選項訊號；一電流偵測迴路，其供電性連於接該馬達，該電流偵測迴路供偵測該馬達之電流並轉換成一電壓訊號輸出；一馬達轉速偵測迴路，其供以非接觸式方式偵測該馬達之實際轉速並輸出對應該馬達之實際轉速之一實際轉速訊號；一控制電路，其與該低壓迴路、該馬達驅動迴路、該扭力段位選擇迴路、該電流偵測迴路、及該馬達轉速偵測迴路呈電性相連接關係，該低壓電壓用以供應該控制電路運作時所需之動力來源，該控制電路接收該電壓訊號及該實際轉速訊號並分別轉換成一第一電壓值及一實際轉速值，該控制電路包括有一儲存單元、及一計時器，該儲存單元儲存有一第二電壓值、設有複數扭力段位值、設有複數衝擊模式、及設有複數補償模式，該複數衝擊模式分別對應該複數扭力段位值，各該衝擊模式設有相互對應一預設轉速值及一衝擊時間值，該複數補償模式分別對應該複數扭力 段位值，各該補償模式設有相對應的複數預設轉速差值及複數補償時間值，該控制電路接收該選項訊號後匹配相對應的一該扭力段位值，該控制電路取得對應的一該衝擊模式及一該補償模式；其中，當該實際轉速值達到該預設轉速值，且當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，該計時器開始計時，該計時器計時至該衝擊時間值時該馬達停止運轉；其中，當該實際轉速值未達到該預設轉速值，計算出一實際轉速差值後，對應一該預設轉速差值，其中，該實際轉速差值為該實際轉速值與該預設轉速值之差值；且當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，該計時器開始計時，該計時器計時至一總和時間值時該馬達停止運轉，其中，該總和時間值為該衝擊時間值與該補償時間值之和。
2. 如請求項1所述的電動衝擊式工具之扭力控制裝置，其中該馬達轉速偵測迴路設有一供偵測該馬達之實際轉速的偵測裝置，該偵測裝置係為光學式裝置或磁感式裝置。
3. 如請求項1所述的電動衝擊式工具之扭力控制裝置，另包括有一電性連接於該控制電路之警示迴路，該警示迴路設有一警示裝置，定義該實際轉速值與該預設轉速值之差值係為一實際轉速差值，當該實際轉速差值大於該複數預設轉速差值之最大值時，該控制電路輸出停止訊號至該馬達驅動迴路，以停止該馬達運轉，該控制電路輸出一驅動訊號至該警示迴路，該警示迴路驅動該警示裝置發出一警示訊息。
4. 一種電動衝擊式工具之扭力控制方法，係供用於一電動衝擊式工具，該電動衝擊式工具具有一馬達、一電池及複數扭力段位選項，首先，預設 一第二電壓值；接著，對應各該扭力段位選項分別建立一衝擊模式、及一補償模式，各該衝擊模式具有一預設轉速值及一衝擊時間值；各該補償模式具有複數預設轉速差值、及複數補償時間值；該扭力控制方法包括以下步驟：選擇一該扭力段位選項，並啟動該馬達轉動，持續偵測並取得該馬達之實際轉速值、及該馬達之實際電流值，將該馬達之實際電流值轉換成一第一電壓值；由該複數衝擊模式及該複數補償模式中，依據所選擇的一該扭力段位選項，取得對應的一該預設轉速值、一該衝擊時間值、該複數預設轉速差值、及該複數補償時間值，並依據下列判斷擇一執行：當該馬達之實際轉速值達到該預設轉速值，且該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，開始計時，且時間到達該衝擊時間值後，該馬達停止運轉；當該馬達之實際轉速值未達到該預設轉速值時，計算出一實際轉速差值後，對應一該預設轉速差值，其中，該實際轉速差值為該實際轉速值與該預設轉速值之差值；而當該第一電壓值等於或大於該第二電壓值時，開始計時，且時間到達一總和時間值時該馬達停止運轉，其中，該總和時間值為該衝擊時間值與該補償時間值之和。
5. 如請求項4所述的電動衝擊式工具之扭力控制方法，其中定義各該補償時間值=H×各該衝擊時間值×(各該預設轉速差值/該馬達之實際轉速值)，其中H定義為轉換常數。
6. 如請求項4所述的電動衝擊式工具之扭力控制方法，其中該馬達之實際 轉速差值係介於該複數預設轉速差值中的最大值與最小值之間，但不等於其中任一該預設轉速差值時，則以小於且最接近的該預設轉速差值作為判斷而取得對應的該補償時間值。
7. 如請求項4所述的電動衝擊式工具之扭力控制方法，其中該實際轉速差值係小於該複數預設轉速差值中的最小值時，該補償時間值為零。
8. 如請求項4所述的電動衝擊式工具之扭力控制方法，其中該實際轉速差值係大於該複數預設轉速差值中的最大值時，停止該馬達運轉。