CN106695688B - 电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法，装置包括：控制电路，与低压回路、马达驱动回路、扭力段位选择回路、电流侦测回路、马达转速侦测回路电性连接，控制电路接收电压讯号及实际转速讯号并分别转换成第一电压值及实际转速值，控制电路设有复数扭力段位值、复数冲击模式、复数补偿模式，复数冲击模式分别对应复数扭力段位值，冲击模式设有相互对应的预设转速值及冲击时间值，复数补偿模式分别对应复数扭力段位值，补偿模式设有相对应的复数预设转速差值及复数补偿时间值，控制电路接收选项讯号后匹配相对应的扭力段位值，并取得对应的冲击模式及补偿模式；通过侦测马达的实际转速，使电动冲击式工具输出预定的扭力值。

Description

电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法

技术领域

本发明与电动冲击式工具有关。

背景技术

电动冲击式工具为业界常见使用的工具之一，此类工具主要是通过马达的转轴来带动一冲击装置，并通过冲击装置来敲击一旋转轴，迫使旋转轴旋转进而产生扭力，使用者可以此来锁紧或旋松一结合元件(如：螺丝、螺帽)。因此，要如何能更精准地控制输出总扭力来进行组装/拆卸作业，成为各家厂商主要研究的目的，如中国台湾专利I480132等所揭露的电动冲击式工具的扭力控制装置及方法即属此类。

可以理解的是，马达的转速与时间皆会影响旋转轴的总扭力输出，而马达的转速又受控于电池的电压值大小，因此，在TWI480132此专利中即是通过持续地侦测电池输出的电压值，针对电压值的改变来建立并进行相对应的时间补偿机制。

但是上述方式过于理想化，忽略了电动冲击式工具在实际运转过程中，存在有诸多影响马达转速的重要因素。举例来说，电池虽然输出同样的电压，但是由于各个马达的转速公差(滑差率)不同，将会造成各个马达在实际上并无法达到相同的转速；然而，却因为电池输出的电压值相同，导致时间补偿机制并不会进行补偿。换句话说，仅以电池的电压值作为判断基准，来进行补偿是不可靠的，在实际使用时仍然存在无法准确地控制输出的总扭力值的问题，不能确保组装/拆卸作业的可靠度或安全性，存在亟待改善的缺弊。

因此，有必要提供一种新颖且具有进步性的电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法，将实际会影响总扭力输出的因素考量在内，而可以精确地控制电动冲击式工具所输出的总扭力值，并且能在电池电压值下降后，通过时间补偿机制来达到预设的总扭力值。

为达成上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动冲击式工具的扭力控制装置，该扭力控制装置供电性连接于一电动冲击式工具的一马达与一电池，该电池具有一预设电压，该扭力控制装置包括一开关、一低压回路、一马达驱动回路、一扭力段位选择回路、一电流侦测回路、一马达转速侦测回路及一控制电路。该开关供电性连接于该电池。该低压回路电性连接于该开关，当该开关开启时，该低压回路供将该电池的预设电压转换成一低于该预设电压的低压电压。该马达驱动回路供电性连接于该马达，并供驱动该马达转动。该扭力段位选择回路具有一供切换的输入装置，该输入装置具有复数扭力段位选项，该扭力段位选择回路依据不同的一该扭力段位选项而输出一相对应的选项讯号。该电流侦测回路供电性连于接该马达，该电流侦测回路供侦测该马达的实际电流值并转换成一电压讯号输出。该马达转速侦测回路供以非接触式方式侦测该马达的实际转速并输出对应该马达的实际转速的一实际转速讯号。该控制电路与该低压回路、该马达驱动回路、该扭力段位选择回路、该电流侦测回路、及该马达转速侦测回路呈电性相连接关系，该低压电压用以供应该控制电路运作时所需的动力来源，该控制电路接收该电压讯号及该实际转速讯号并分别转换成一第一电压值及一实际转速值，该控制电路包括有一储存单元、及一计时器，该储存单元储存有一第二电压值、设有复数扭力段位值、设有复数冲击模式、及设有复数补偿模式，该复数冲击模式分别对应该复数扭力段位值，各该冲击模式设有相互对应一预设转速值及一冲击时间值，该复数补偿模式分别对应该复数扭力段位值，各该补偿模式设有相对应的复数预设转速差值及复数补偿时间值，该控制电路接收该选项讯号后匹配相对应的一该扭力段位值，该控制电路取得对应的一该冲击模式及一该补偿模式。其中，当该实际转速值达到该预设转速值，且该第一电压值等于或大于该第二电压值时，该计时器开始计时，该计时器计时至该冲击时间值时该马达停止运转。其中，当该实际转速值未达到该预设转速值，且当该第一电压值等于或大于该第二电压值时，该计时器开始计时，该计时器计时至一总和时间值时该马达停止运转，其中，该总和时间值为该冲击时间值与该补偿时间值的总和。

进一步的，

所述马达转速侦测回路设有一供侦测所述马达的实际转速的侦测装置，该侦测装置为光学式装置或磁感式装置。

装置还包括有一电性连接于所述控制电路的警示回路，该警示回路设有一警示装置，定义所述实际转速值与预设转速值的差值为一实际转速差值，当该实际转速差值大于所述复数预设转速差值的最大值时，所述控制电路输出停止讯号至所述马达驱动回路，以停止所述马达运转，所述控制电路输出一驱动讯号至该警示回路，该警示回路驱动该警示装置发出一警示讯息。

为达成上述目的，本发明还提供一种电动冲击式工具的扭力控制方法，该扭力控制方法供用于一电动冲击式工具，该电动冲击式工具具有一马达、一电池及复数扭力段位选项，首先，预设一第二电压值；接着，对应各该扭力段位选项分别建立一冲击模式、及一补偿模式，各该冲击模式具有一预设转速值及一冲击时间值；各该补偿模式具有复数预设转速差值、及复数补偿时间值；该扭力控制方法包括以下步骤：选择一该扭力段位选项，并启动该马达转动，持续侦测并取得该马达的实际转速值、及该马达的实际电流值，将该马达的实际电流值转换成一第一电压值。

由该复数冲击模式及该复数补偿模式中，依据所选择的一该扭力段位选项，取得对应的一该预设转速值、一该冲击时间值、该复数预设转速差值、及该复数补偿时间值，并依据下列判断择一执行：

当该马达的实际转速值达到该预设转速值，且该第一电压值等于或大于该第二电压值时，开始计时，且时间到达该冲击时间值后，该马达停止运转。

当该马达的实际转速值未达到该预设转速值时，计算出一实际转速差值后，对应一该预设转速差值，其中，该实际转速差值为该实际转速值与该预设转速值的差值；而当该第一电压值等于或大于该第二电压值时，开始计时，且时间到达该冲击时间值与该补偿时间值的加总后，该马达停止运转。

进一步的，

定义各补偿时间值＝H×各冲击时间值×(各预设转速差值/马达的实际转速值)，其中H定义为转换常数。

所述马达的实际转速差值介于所述复数预设转速差值中的最大值与最小值之间，但不等于其中任一所述预设转速差值时，则以小于且最接近的所述预设转速差值作为判断而取得对应的所述补偿时间值。

所述实际转速差值小于所述复数预设转速差值中的最小值时，所述补偿时间值为零。

所述实际转速差值大于所述复数预设转速差值中的最大值时，停止所述马达运转。

本发明的优点是：

本发明的电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法，将实际会影响总扭力输出的因素考量在内，能够精确地控制电动冲击式工具所输出的总扭力值，且能在电池电压值下降后，通过时间补偿机制来达到预设的总扭力值。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的方法判断流程图。

图2为本发明一较佳实施例的冲击模式示意图。

图3为本发明一较佳实施例的补偿模式示意图。

图4为本发明一较佳实施例的元件关系图。

具体实施方式

以下仅以实施例说明本发明可能的实施例，然并非用以限制本发明所欲保护的范畴，事先声明。

请参考图1至图4，其显示本发明的一较佳实施例，本发明的电动冲击式工具的扭力控制装置1，该扭力控制装置1供电性连接于一电动冲击式工具的马达与电池，该电池具有一预设电压，扭力控制装置1包括一开关2、一低压回路3、一马达驱动回路4、一扭力段位选择回路5、一电流侦测回路6、一马达转速侦测回路7及一控制电路8。

开关2供电性连接于电池。低压回路3电性连接于开关2，当开关2开启时，低压回路3供将电池的预设电压转换成一低于该预设电压的低压电压。马达驱动回路4供电性连接于马达，并可供驱动马达转动。扭力段位选择回路5具有一供切换的输入装置51，该输入装置51具有复数扭力段位选项，扭力段位选择回路5依据不同的一扭力段位选项而输出一相对应的选项讯号。电流侦测回路6供电性连于接马达，电流侦测回路6供侦测马达的实际电流值并转换成一电压讯号输出。

值得一提的是，电动冲击式工具所输出的总扭力大小会与马达的转速、电池的电压有相关联性，然而，在实际使用上更存在许多影响扭力输出的因素，举例来说：马达的转速公差、电力损耗等等，因此，若仅以电池的电压值作为判断基准，来对输出总扭力进行补偿是不精准且不可靠的。而可以理解的是，不管影响总扭力输出的因素为何，最终结果皆会导致马达的实际转速产生改变；换句话说，要确实精准地补偿总扭力的输出，较佳的作法是确实地掌控住马达的实际转速。其中，侦测马达的实际转速的方式有许多种，较详细地说，为了避免侦测过程中，会影响马达的实际转速，于本实施的马达转速侦测回路7是通过以非接触式方式来供侦测马达的实际转速，同时马达转速侦测回路7会输出对应马达的实际转速的一实际转速讯号。更详细地说，马达转速侦测回路7设有一供侦测马达的实际转速的侦测装置，该侦测装置为光学式装置或磁感式装置。

控制电路8作为扭力控制装置1中的处理判断运作单元，控制电路8与低压回路3、马达驱动回路4、扭力段位选择回路5、电流侦测回路6、及马达转速侦测回路7呈电性相连接关系，低压电压用以供应控制电路8运作时所需的动力来源，控制电路8接收电压讯号及实际转速讯号并分别转换成一第一电压值及一实际转速值，控制电路8包括有一储存单元、及一计时器，储存单元储存有一第二电压值、设有复数扭力段位值、设有复数冲击模式(如图2)、及设有复数补偿模式(如图3)，复数冲击模式分别对应复数扭力段位值，各冲击模式设有相互对应一预设转速值R及一冲击时间值T，复数补偿模式分别对应复数扭力段位值，各补偿模式设有相对应的复数预设转速差值D及复数补偿时间值t，控制电路8接收选项讯号后匹配相对应的一扭力段位值，控制电路8取得对应的一冲击模式及一补偿模式。

当实际转速值达到预设转速值R，且第一电压值等于或大于第二电压值时，计时器开始计时，计时器计时至冲击时间值T时马达停止运转。而若当实际转速值未达到预设转速值R时，则会启动补偿机制，当第一电压值等于或大于第二电压值时，计时器开始计时，计时器计时至一总和时间值时马达才会停止运转，其中，总和时间值为冲击时间值T与补偿时间值t之和。也就是说补偿机制是通过延长冲击时间来使得扭力控制装置1所输出的实际总扭力值能够达到所预设总扭力值，而能够确实地进行组装/拆卸作业，同时提升组装后机台的安全性。

较佳地，扭力控制装置1还包括有一电性连接于控制电路8的警示回路9，警示回路9设有一警示装置91(如：蜂鸣器、LED或显示幕)，定义实际转速值与预设转速值R的差值为一实际转速差值，当实际转速差值大于复数预设转速差值D的最大值时，控制电路8输出停止讯号至马达驱动回路4，以停止马达运转，控制电路8输出一驱动讯号至警示回路9，该警示回路9驱动警示装置91发出一警示讯息。

本发明还提供一种电动冲击式工具的扭力控制方法，其供用于上述的电动冲击式工具，该电动冲击式工具具有该马达、该电池及复数扭力段位选项。首先，预设一第二电压值；接着，对应各扭力段位选项分别建立一冲击模式、及一补偿模式，各冲击模式具有一预设转速值R及一冲击时间值T；各补偿模式具有复数预设转速差值D、及复数补偿时间值t。扭力控制方法包括以下步骤：

选择一扭力段位选项，并启动马达转动，持续侦测并取得马达的实际转速值、及马达的实际电流值，将马达的实际电流值转换成一第一电压值。

由复数冲击模式及复数补偿模式中，依据所选择的一扭力段位选项，取得对应的一预设转速值R、一冲击时间值T、复数预设转速差值D、及复数补偿时间值t，并依据下列判断择一执行：

当马达的实际转速值达到预设转速值R，且第一电压值等于或大于第二电压值时，开始计时，且时间到达冲击时间值T后，马达停止运转。

当马达的实际转速值未达到预设转速值R时，计算出一实际转速差值后，对应一预设转速差值D，其中，实际转速差值为实际转速值与预设转速值R的差值；而当第一电压值等于或大于第二电压值时，开始计时，且时间到达一总和时间值时，马达停止运转，其中，总和时间值为冲击时间值T与补偿时间值t之加和。

举例来说，若扭力段位值为2时，对应冲击模式的预设转速值R即为R₀₂、冲击时间值T即为T₂；同样地，在补偿模式时，预设转速差值D及补偿时间值t亦是由对应扭力段位值为2的位置寻找。假设此时预设转速差值D为D₂₂时，则补偿时间值t即为t₂₂，总和时间值为T₂+t₂₂，其他情况则依此类推。

经由上述可知，当马达的实际转速值未达到预设转速值R时，通过延长冲击作动的时间(即补偿时间值t)来进行补偿，而能达到与原先预设转速值R时相同的总扭力输出。较进一步来说，由于总扭力输出又与马达的转动圈数有相关联性，因此，本实施例中是通过补偿时间值t来让较低转速状态的马达经过时间补偿后的转动圈数，会与在预设转速值R状态运作的马达于冲击时间内的转动圈数相同。更进一步来说，于本实施例是设定各补偿时间值t＝H×各冲击时间值T×(各预设转速差值D/马达的实际转速值)，其中H定义为转换常数，可依据不同的工具作调整。以数据举例来说，设定预设转速值R为1000rpm、冲击时间为10s，故马达的转动圈数总共为166.7转；而预设转速差值D为400rpm时，换句话说，马达的实际转速值为600rpm，经由上述公式可得补偿时间值t为6.67s。因此，较低转速状态的马达会运转16.67s后才停止转动，此时马达的转动圈数亦为166.7转。值得一提的是，依据不同的需求及考量的影响变素不同，使用者能设计出各种不同的运算公式来定义复数补偿时间值t。

另外，当马达的实际转速差值介于复数预设转速差值D中的最大值与最小值之间，但不等于其中任一预设转速差值D时，则以小于且最接近的预设转速差值D作为判断而取得对应的补偿时间值t，用以避免输出过大的总扭力会对螺丝(或其他固紧工件)造成损害。而当实际转速差值小于复数预设转速差值D中的最小值时，由于差值过小可以忽略不计，故补偿时间值t为零。而当实际转速差值大于复数预设转速差值D中的最大值时，表示可能电池的电压不足或是马达有部分损毁，而导致差值过大，换句话说，此时扭力控制装置1已无法适用于实际加工作业，故在此状态时，设定马达运转会停止运转。

综上，本发明电动冲击式工具的扭力控制装置及其方法，将实际使用时所遇到的影响输出总扭力的变因(如：马达转速、电池电压、马达转速公差、电损耗等)皆考量进来，并由众多变因中找出真正影响的重要因素：马达的实际转速；同时，配合非接触式方式来取得实际转速值，以避免影响马达的运转。

并且，当有转速差值产生时，可通过时间补偿来让低于所预设转速的马达能够输出与预设设定相同的总扭力，能够确实地进行组装/拆卸作业；此外，更设有警示回路，当转速差值过大时，可有效提醒使用者目前的状态。

综上所述，本发明的整体结构设计、实用性及效益上，确实是完全符合产业上发展所需，且所揭露的结构发明亦是具有前所未有的创新构造，所以其具有「新颖性」应无疑虑，又本发明可较已知结构更具功效的增进，因此亦具有「进步性」。

Claims (8)

1.电动冲击式工具的扭力控制装置，其供电性连接于一电动冲击式工具的马达与电池，该电池具有一预设电压，其特征在于，该扭力控制装置包括：

一开关，其供电性连接于该电池；

一低压回路，其电性连接于该开关，当该开关开启时，该低压回路供将该电池的预设电压转换成一低于该预设电压的低压电压；

一马达驱动回路，其供电性连接于该马达，并供驱动该马达转动；

一扭力段位选择回路，其具有一供切换的输入装置，该输入装置具有复数扭力段位选项，该扭力段位选择回路依据不同的该扭力段位选项而输出一相对应的选项讯号；

一电流侦测回路，其供电性连于接该马达，该电流侦测回路供侦测该马达的电流并转换成一电压讯号输出；

一马达转速侦测回路，其供以非接触式方式侦测该马达的实际转速并输出对应该马达的实际转速的一实际转速讯号；

一控制电路，其与该低压回路、该马达驱动回路、该扭力段位选择回路、该电流侦测回路及该马达转速侦测回路呈电性连接关系，该低压电压用以供应该控制电路运作时所需的动力来源，该控制电路接收该电压讯号及该实际转速讯号并分别转换成一第一电压值及一实际转速值，该控制电路包括有一储存单元及一计时器，该储存单元储存有一第二电压值、设有复数扭力段位值、设有复数冲击模式及设有复数补偿模式，该复数冲击模式分别对应该复数扭力段位值，各该冲击模式设有相互对应一预设转速值及一冲击时间值，该复数补偿模式分别对应该复数扭力段位值，各该补偿模式设有相对应的复数预设转速差值及复数补偿时间值，该控制电路接收该选项讯号后匹配相对应的一该扭力段位值，该控制电路取得对应的一该冲击模式及一该补偿模式；

其中，当该实际转速值达到该预设转速值，且当该第一电压值等于或大于该第二电压值时，该计时器开始计时，该计时器计时至该冲击时间值时该马达停止运转；

其中，当该实际转速值未达到该预设转速值，且当该第一电压值等于或大于该第二电压值时，该计时器开始计时，该计时器计时至一总和时间值时该马达停止运转，其中，该总和时间值为该冲击时间值与该补偿时间值之和。

2.如权利要求1所述的电动冲击式工具的扭力控制装置，其特征在于，所述马达转速侦测回路设有一供侦测所述马达的实际转速的侦测装置，该侦测装置为光学式装置或磁感式装置。

3.如权利要求1所述的电动冲击式工具的扭力控制装置，其特征在于，还包括有一电性连接于所述控制电路的警示回路，该警示回路设有一警示装置，定义所述实际转速值与预设转速值的差值为一实际转速差值，当该实际转速差值大于所述复数预设转速差值的最大值时，所述控制电路输出停止讯号至所述马达驱动回路，以停止所述马达运转，所述控制电路输出一驱动讯号至该警示回路，该警示回路驱动该警示装置发出一警示讯息。

4.一种电动冲击式工具的扭力控制方法，供用于如权利要求1-3任一项所述的电动冲击式工具，该电动冲击式工具具有马达、电池及复数扭力段位选项，其特征在于，

首先，预设一第二电压值；接着，对应各扭力段位选项分别建立一冲击模式及一补偿模式，各冲击模式具有一预设转速值及一冲击时间值；各补偿模式具有复数预设转速差值及复数补偿时间值；该扭力控制方法包括以下步骤：

选择一该扭力段位选项，并启动该马达转动，持续侦测并取得该马达的实际转速值及该马达的实际电流值，将该马达的实际电流值转换成一第一电压值；

由所述电动冲击式工具的该复数冲击模式及该复数补偿模式中，依据所选择的该扭力段位选项，取得对应的一该预设转速值、一该冲击时间值、该复数预设转速差值及该复数补偿时间值，并依据下列判断择一执行：

当该马达的实际转速值达到该预设转速值，且该第一电压值等于或大于该第二电压值时，开始计时，且时间到达该冲击时间值后，该马达停止运转；当该马达的实际转速值未达到该预设转速值时，计算出一实际转速差值后，对应一该预设转速差值，其中，该实际转速差值为该实际转速值与该预设转速值的差值；而当该第一电压值等于或大于该第二电压值时，开始计时，且时间到达一总和时间值时该马达停止运转，其中，该总和时间值为该冲击时间值与该补偿时间值之和。

5.如权利要求4所述的电动冲击式工具的扭力控制方法，其特征在于，定义各补偿时间值＝H×各冲击时间值×(各预设转速差值/马达的实际转速值)，其中H定义为转换常数。

6.如权利要求4所述的电动冲击式工具的扭力控制方法，其特征在于，所述马达的实际转速差值介于所述复数预设转速差值中的最大值与最小值之间，但不等于其中任一所述预设转速差值时，则以小于且最接近的所述预设转速差值作为判断而取得对应的所述补偿时间值。

7.如权利要求4所述的电动冲击式工具的扭力控制方法，其特征在于，所述实际转速差值小于所述复数预设转速差值中的最小值时，所述补偿时间值为零。

8.如权利要求4所述的电动冲击式工具的扭力控制方法，其特征在于，所述实际转速差值大于所述复数预设转速差值中的最大值时，停止所述马达运转。