CN101436845B - 电动打孔机的马达驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动打孔机的马达驱动系统，包括马达、传动构件、连动单元、位置侦测光发射器、位置侦测光接收器以及定位探测组件。定位探测组件具有多个开孔，且定位探测组件在位置侦测光发射器与位置侦测光接收器之间移动而使多个开孔依序通过位置侦测光发射器与位置侦测光接收器之间。其中根据该位置侦测光接收器的光束接收状态可控制马达转速的下降。

Description

电动打孔机的马达驱动系统

技术领域

本发明涉及一种马达驱动系统，尤其涉及一种可进行马达定位的马达驱动系统。

背景技术

马达在电子以及机械领域中占着举足轻重的地位，马达的种类大致包括直流马达、交流马达以及步进马达。

步进马达在定位功能上具有较高的精密性，但无法产生较大的动力输出，因此一般被应用于小体积且需要较佳定位精密性的装置，例如相机中伸缩镜头的操控。与步进马达相比，直流马达以及交流马达则可提供较大的动力输出，但在定位的精密度方面则无法达到步进马达所能提供的效果。

因此，在需要较大输出动力的装置中通常会使用直流马达或交流马达。然而，总有一些装置不仅需要较大的输出动力，而且也需要精密的定位。例如，以办公室常用的电动打孔机为例，为了提供足够的动力来驱动打孔用的刀具，一般会使用直流马达、串激马达或同步马达。当打孔程序结束而马达的动力被瞬间解除时(可称之为马达的煞车)，刀具必须能够精确定位于预定的复归位置，若非如此，则刀具可能被定位在偏移该复归位置之处而挡住打孔机的置纸槽，因而使文件无法被放入其中。

在前述的电动打孔机的情况中，刀具位置无法被正确定位的原因在于，当马达的动力被解除后，马达的转速不会立即下降为零，因而使刀具在马达的动力被解除后不会立即静止在复归位置，而是会产生惯性的摆动，使刀具无法精确地回到复归位置。

当然，在面临需要使用较大动力以及精确的定位的情况时，有时也会使用交流马达中的感应马达。但感应马达的缺点在于，当进行煞车时会产生一大脉冲电流(Inrush current)，该电流相当容易损毁感应马达的组件。

因此需要一种可兼具动力输出需求与定位准确性且不产生大脉冲电流的马达驱动系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在提供一种马达驱动系统，可使大动力输出的马达具备较精确的定位效果。

在一较佳实施例中，本发明提出一种电动打孔机的马达驱动系统，用以控制连动单元的移动，该马达驱动系统包括：

马达，用以提供控制移动连动单元用的运行能量E；

传动构件，连接于马达及连动单元，传动构件受马达的驱动而使连动单元被移动；

位置侦测光发射器以及复归光发射器，用以分别产生第一光束以及第二光束；

位置侦测光接收器以及复归光接收器，用以分别接收第一光束以及第二光束；以及

定位探测组件，设置于传动构件上，定位探测组件具有前端及后端且在前端与后端之间具有多个设置成列的开孔，而定位探测组件在位置侦测光发射器与位置侦测光接收器之间移动而使多个开孔依序通过位置侦测光发射器与位置侦测光接收器之间；其中，当定位探测组件往复归位置移动，且定位探测组件上最接近前端的一开孔通过位置侦测光发射器以及位置侦测光接收器之间时，运行能量E被降低至第一马达能量E1以减缓传动构件的移动速度，以及当最接近后端的一开孔通过位置侦测光发射器及位置侦测光接收器之间时，马达的能量E被降低至最终马达能量En，其中第一马达能量E1大于最终马达能量En。

在一较佳实施例中，马达可为串激马达、直流马达、同步马达或感应马达。

在一较佳实施例中，连动单元是一刀具。

本发明的有益技术效果在于：本发明的马达驱动系统既可满足动力输出的需求与定位准确性，又不会产生大脉冲电流。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例的马达驱动系统的结构示意图。

图2(a)、图2(b)、图2(c)是本发明的较佳实施例的定位探测组件的动作示意图。

图3是本发明的另一较佳实施例的马达驱动系统的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

100  电动打孔机          101  马达

102  传动构件            1021 传动柄

1022 传动凸轮            103  刀具

104  位置侦测光发射器    105  位置侦测光接收器

106、106A定位探测组件    107、107A开孔

1071 第一开孔            1072 第二开孔

1073 第三开孔            1074 第四开孔

1075 最终开孔            108  复归位置

109  复归光发射器        110  复归光接收器

111  平台                112  置纸槽

113  穿孔                B1、B2光束

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明的第一较佳实施例的马达驱动系统应用于一电动打孔机的结构示意图。图1公开的电动打孔机100包括：马达101、传动构件102、刀具103、位置侦测光发射器104、位置侦测光接收器105(参见图2)、定位探测组件106、放置文件的平台111、一复归光发射器109以及一复归光接收器110(参见图2)。其中定位探测组件106具有一前端1061以及一后端1062，且在其前端1061与其后端1062之间设置有多个开孔107。

电动打孔机100在初始状态时，刀具103位于平台111的上方且刀具103与平台111之间相距一段距离以便让文件可被放置于刀具103与平台111之间，刀具103所处的位置被定义为初始位置。

接下来说明电动打孔机的打孔步骤：当电动打孔机100处于初始状态时，在平台111的置纸槽112内放入将被打孔的文件(图未示)，接着启动电动打孔机100。当电动打孔机100开始运行时，马达101驱动传动构件102中的传动柄1021以及传动凸轮1022，而刀具103位于传动凸轮1022的一端并随着传动构件102的动作而移动。具有置纸槽112的平台111设置于刀具103的下方，而平台111上对应刀具103的正下方处设置有一穿孔113，用以使刀具103穿过其中而在文件上形成穿孔，完成打孔工作。其中，刀具103构成了供马达控制的连动单元的实例，显然，本发明也可适用于其它连动单元的控制。

电动打孔机100完成打孔工作后，为了不使刀具103因为惯性摆动而停止于置纸槽112进而挡住置纸槽112，必须将刀具103移回打孔机被启动前的初始位置，为了达到将刀具103定位于初始位置的目的，本发明提出一种设置有定位探测组件106的马达驱动系统。

图1中，刀具103设置于传动凸轮1022的一端，而在传动凸轮1022另一端设置一定位探测组件106，其中当马达101驱动传动柄1021以及传动凸轮1022，使得传动凸轮1022带动刀具103移动时，设置于传动凸轮103另一端的定位探测组件106也随之移动，也就是说刀具103移动，定位探测组件106也会跟着移动；刀具103停止，定位探测组件106也随着停止；若是刀具103欲停止在初始位置上，则定位探测组件106也必须停止于某一特定位置，其中此一特定位置被定义为复归位置108。由于初始状态时，刀具103位于初始位置上，故在初始状态时，定位探测组件106也位于复归位置108上。

在上述打孔工作步骤的部分已提到刀具103的移动，因此，在此说明移动刀具103以进行打孔工作时，与刀具103同步移动的定位探测组件106的移动情况：在初始状态时，设置于传动凸轮1022一端的刀具103位于初始位置，而设置于传动凸轮1022另一端的定位探测组件106位于复归位置108。当马达101被驱动以准备进行打孔动作时，定位探测组件106由复归位置108向位置侦测光发射器104的方向移动，其中在定位探测组件106的移动过程中，多个开孔107依序经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间而使位置侦测光接收器105依序接收穿过多个开孔107的光束。而在打孔工作结束后，刀具103必须由穿孔113回到初始位置，定位探测组件106也必须回到复归位置108。为了使定位探测组件106在打孔动作完成后停止于复归位置108上，本发明利用定位探测组件106上的多个开孔107来进行马达101的减速。在打孔动作完成后，定位探测组件106往复归位置108移动，而在移动途中，定位探测组件106上的多个开孔107再度经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间，从而使位置侦测光接收器105依序接收穿过多个开孔107的光束，其中，通过使每个开孔107经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间，从而通过位置侦测光接收器105的光束接收状态的变化来使马达101减速，以让定位探测组件106停止在复归位置108上。

请参照图1，本发明在复归位置108稍上方处设置复归光发射器109以及复归光接收器110，使定位探测组件106得以通过复归光发射器109与复归光接收器110之间。复归光发射器109与复归光接收器110用以确认定位探测组件106是否到达复归位置108。其中，在打孔工作完成后，定位探测组件106的前端1061若未遮断复归光发射器109所产生的光束，则表示定位探测组件106尚未到达复归位置108，反之亦为同理。

由上述定位探测组件106的移动情形可知：每次打孔工作，定位探测组件106会经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间两次，若是定位探测组件106的每次经过都使马达101减速煞车，那么电动打孔机100根本无法进行打孔动作，因此，必须设法使定位探测组件106第一次经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间时，马达101照常运行，而定位探测组件106第二次经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间时则使马达101减速。

本发明可通过复归光发射器109以及复归光接收器110来控制马达101是否减速。说明如下：电动打孔机100开始运行，定位探测组件106由复归位置108向位置侦测光发射器104的方向移动，在定位探测组件106的前端1061离开复归光发射器109与复归光接收器110之间的瞬间，复归光接收器110接收到来自复归光发射器109的光束，表示电动打孔机100即将进行打孔工作，因此，设定复归光接收器110的光束接收状态由未接收切换成接收时马达101照常运行，也就是说多个开孔107第一次通过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器之间时，使马达101维持一定的运转速度。反之，当复归光接收器110持续接收到光束一特定时间，且定位探测组件106的多个开孔107通过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间时，可判断打孔工作已结束，准备进入马达煞车阶段，故此时使马达101开始减速。

至于马达能量方面，在初始状态，马达101提供的能量为零，当电动打孔机100处于运行状态时，马达101给予传动构件102的运行能量为E，当打孔动作完成之后，必须让马达煞车，也就是马达能量最终必须降低为零。

请参阅图2(a)-图2(c)，其为本发明定位探测组件的一较佳实施例动作示意图。在图2(a)-图2(c)中，定位探测组件106具有前端1061以及后端1062，且在前端1061与后端1062之间具有五个开孔，由接近其前端1061开始，依序为第一开孔1071、第二开孔1072、第三开孔1073、第四开孔1074以及最终开孔1075。在进行打孔动作期间，定位探测组件106由复归位置108向位置侦测光发射器104的方向移动，从而使位置侦测光接收器105依序接收到穿过开孔1075-1071的光束，在定位探测组件106移动的同时，位于传动构件另一端的刀具也同步移动(请参阅图1)。当电动打孔机100完成打孔动作后，刀具将要回到初始位置，因此定位探测组件106往复归位置108的方向移动，此时定位探测组件106的前端1061进入位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间，从而遮断第一光束B1，使位置侦测光接收器105无法接收到第一光束B1。

定位探测组件106继续向复归位置108移动，请参阅图2(a)，接续前端1061之后，定位探测组件106的第一开孔1071经过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间，使得位置侦测光接收器105再度恢复接收到第一光束B1的状态，此时，马达开始降低转速，因此可将提供给传动构件的能量由原本工作时的运行能量E降到第一马达能量E1。而位于接近复归位置108的复归光接收器110也接收到来自复归光发射器109的第二光束B2，此时的复归光接收器110接收到第二光束B2，表示定位探测组件106尚未到达复归光发射器109的位置。在下一瞬间，定位探测组件106继续向复归位置108移动且第一开孔1071与第二开孔1072间的无开孔的部分将遮断第一光束B1，使位置侦测光接收器105的光束接收状态变为未接收光束的状态，通过瞬间光束接收状态的改变，可得知定位探测组件106的第一开孔1071刚通过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间。接下来，定位探测组件106的第二开孔1072移动至可使第一光束B1穿过第二开孔1072且被位置侦测光接收器105接收的位置，此时马达的能量改变为第二马达能量E2，其中第二马达能量E2小于第一马达能量E1。接着定位探测组件106的第二开孔1072与第三开孔1073间的无开孔的部分遮断第一光束B1，因此位置侦测光接收器105再度变为被遮断第一光束B1的状态。

请参阅图2(b)，该图描述定位探测组件106的第三开孔1073到达位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间的情况。此时，位置侦测光发射器104射出的第一光束B1穿过第三开孔1073且被位置侦测光接收器105接收，马达提供的能量为第三马达能量E3，其中第三马达能量E3小于第二马达能量E2。定位探测组件106继续向复归位置108移动，定位探测组件106的第三开孔1073与第四开孔1074之间无开孔的部分遮断第一光束B1，从而造成位置侦测光接收器105无法接收到第一光束B1。接着，定位探测组件106的第四开孔1074移动到位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间，使第一光束B1穿过第四开孔1074而被位置侦测光接收器105接收，此时马达的能量为第四马达能量E4。定位探测组件106仍然向复归位置108方向移动，而第四开孔1074与最终开孔1075之间无开孔的部分遮断了第一光束B1，位置侦测光接收器105变为不接收光束的状态。当最终开孔1075移动至位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间时，使第一光束B1穿过最终开孔1075而再度被位置侦测光接收器105接收，此时马达的能量为第五马达能量E5，其中第五马达能量小于第四马达能量E4，且第五马达能量E5的能量值仅可使传动构件102(请参阅图1)移动一段相当小的距离。第五马达能量E5将定位探测组件106的前端1061移动到复归位置108上，在最终开孔1075通过位置侦测光发射器104与位置侦测光接收器105之间后到定位探测组件106到达复归位置108这段时间内，位置侦测光接收器105是否接收到第一光束B1已无关紧要，不会影响到马达煞车的进行，因此不再多加叙述。

请参阅图2(c)，复归光发射器109产生的第二光束B2被定位探测组件106的前端1061遮断，表示定位探测组件106的前端1061已相当接近复归位置108，当马达的能量从第五马达能量E5降到零时，定位探测组件106会停止于复归位置108上。前述的控制程序可通过设置于电动打孔机内的程序来完成。

复归光发射器以及复归光接收器除了先前提到的确定定位探测组件是否到达复归位置以及侦测定位探测组件是否向位置侦测光发射器的方向移动之外，还可解决电动打孔机卡住时的问题。例如：当电动打孔机的刀具钝化或被打孔的文件太厚而导致电动打孔机故障时，此时使用者关闭电动打孔机的电源并排除文件，再度开机时，内部程序必须在无法得知定位探测组件的所在位置的情况下，将定位探测组件移动至复归位置(也就是将刀具移动至初始位置)，对于电动打孔机而言，定位探测组件的移动是一种循环式的移动，因此，内部程序只要得知复归位置的所在位置并将定位探测组件移动至复归位置再停止移动即可，此时则必须通过定位探测组件遮断复归光接收器所接收的光束，才可确定定位探测组件已到达复归位置，否则电动打孔机将无法定位。

再回到有关马达能量的描述，在打孔工作期间，马达提供的能量为运行能量E，而当定位探测组件的各个开孔依序通过位置侦测光发射器与位置侦测光接收器之间时，马达的能量逐渐变为第一马达能量E1、第二马达能量E2、第三马达能量E3、第四马达能量E4以及第五马达能量E5。本发明的较佳实施例中采取的是能量递减的方式。但本发明不限于能量递减，只要马达能量E大于第一马达能量E1，第一马达能量E1大于第五马达能量E5都是本发明的保护范围，且马达能量E1-E5的大小可依据实际需求经过实验来调整为最适当的数值。

请参阅图3，其为本发明的另一较佳实施例的马达驱动系统的结构示意图。此图3的实施例与图1的实施例的结构、原理几乎完全相同，不同之处只是定位探测单元上的多个开孔的形状。在图1实施例中，定位探测单元106上的每一开孔107不是封闭式开孔。而图3中的定位探测单元106A上的每一开孔107A是完全封闭的开孔。差异在于，图1的定位探测单元106的非封闭式开孔107的透光面积较大，因此具有较大的误差容许范围。具体而言，电动打孔机100的马达结构相当容易因各组件之间的接合的精密性不足而发生误差，而这种误差容易影响定位探测单元106的移动。以图3的实施例而言，若因打孔机组件之间的接合误差而使移动中的定位探测单元106A稍微偏离正常的移动路径，致使开孔107A无法准确经过位置侦测光接收器时，第一光束可能会无法准确照射在开孔107A，而会照射到定位探测单元106A中非开孔的部分，造成位置侦测光接收器无法接收到光束。当然，图1的定位探测单元106的非封闭式开孔107由于具有较大的穿透面积，因此允许较大的误差范围。然而，图3中的实施例在制作成本上比图1中的实施例低。当然，这两种实施例都包含了本发明的精神。

本发明中并未限定定位探测组件的开孔数目，开孔数目越多，马达的定位则越精细，开孔数目可配合各种不同的应用来调整。本发明达成马达兼具动力输出以及精确的马达定位的功效，使串激马达、同步马达以及直流马达等大动力输出的马达也可进行马达定位，至于将本发明使用于感应马达上的情况，则可在不产生大脉冲电流的情况下进行马达定位。由上述各项可知，本发明确实改善了已知技术中的不足。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所公开的构思情况下所完成的等效改变或修改，均应包含于本发明的权利要求书的范围内。

Claims (3)

1.一种电动打孔机的马达驱动系统，用以控制一连动单元的移动，包括：

一马达，用以提供控制该连动单元移动所用的一运行能量E；

一传动构件，连接于该马达及该连动单元，该传动构件受该马达的驱动而使该连动单元移动；

一位置侦测光发射器以及一复归光发射器，用以分别产生一第一光束以及一第二光束；

一位置侦测光接收器以及一复归光接收器，用以分别接收该第一光束以及该第二光束；以及

一定位探测组件，设置于该传动构件上，该定位探测组件具有一前端及一后端且在该前端与该后端之间具有多个设置成列的开孔，而该定位探测组件在该位置侦测光发射器与该位置侦测光接收器之间移动而使所述多个开孔依序通过该位置侦测光发射器与该位置侦测光接收器之间；其中，当该定位探测组件向一复归位置移动，且该定位探测组件上最接近该前端的一开孔通过该位置侦测光发射器以及该位置侦测光接收器之间时，该运行能量E被降低至一第一马达能量E1以减缓该传动构件的移动速度，以及当最接近该后端的一开孔通过该位置侦测光发射器及该位置侦测光接收器之间时，该马达的能量E被降低至一最终马达能量En，其中该第一马达能量E1大于该最终马达能量En。

2.如权利要求1所述的马达驱动系统，其中该马达是一串激马达、一直流马达、一同步马达或一感应马达。

3.如权利要求1所述的马达驱动系统，其中该连动单元是一刀具。

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