CN111827706A - 具有飞轮的动力驱动装置及使用其的高压处理机 - Google Patents

Abstract

一种高压处理机的动力驱动装置包括：一本体；一马达，安装于本体上；一飞轮，安装于马达的一转轴上；一减速机构，包括一输入端及一输出端，输入端连接至转轴，输出端用于连接至一高压处理机的一加压机构，其中马达的动力以及飞轮的转动动量经由减速机构输出至加压机构；以及一控制器，电连接至马达，并控制马达正转及反转，配合飞轮的转动动量，以使加压机构达到一预定压力范围。亦提供上述高压处理机。

Description

具有飞轮的动力驱动装置及使用其的高压处理机

技术领域

本发明是有关于一种具有飞轮的动力驱动装置及使用其的高压处理机，且特别是有关于一种高压处理机的具有飞轮的动力驱动装置及使用其的高压处理机。

背景技术

建筑物漏水是生活中常会碰到的最恼人问题，除了会造成屋内潮湿发霉外，更有可能影响身体健康。传统的作法，先在产生裂缝的建筑物的相对壁面上钻孔，再植入适当数量的止水针头，再将液态状的灌注液，以高压灌注机将灌注液从止水针头注入到壁面内部，使灌注液可沿着裂缝四处流窜填补，待其灌注液凝固后，即可达到将建物壁面补强的效果。

传统的高压灌注机是用插电电钻为动力来源，来达成增压的效果。插电电钻需要市电来提供电源，所以需要长度足够的延长线才能进行高压灌注。若施工地点附近没有市电插座，只能搭配一台瓦数足够的发电机，相当不方便。

此外，虽然市电供电的电钻最大动力足以提供压力需求，但灌注机施工时多放置于地上，由于视角的关系，施工人员通常看不到压力表，很难即时监控高压灌注机的压力状态。即使看到压力表，使用上多以延长开关直接以最大动力启动，无变频变速，不小心就灌注到超过墙面的负荷，反而会破坏墙面结构造成更大裂缝，人为失误率极高。当裂缝已经充满灌注液而被打通溢出墙面时，有时是在过压状态灌注液从被破坏的墙面裂缝溢出，高压灌注机若持续运作会使灌注液不断地从打通的通道流失，造成灌注液的浪费。

有鉴于此，如何提供一种可以不靠市电增压到与采用传统插市电电钻做为动力装置相近的动力性能，且可稳定自动控制灌注压力避免破坏墙面结构，并能达到实际工作续航力需求的高压灌注机的动力驱动装置，及使用此动力驱动装置的高压灌注机，实为本案所欲解决的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种可以不靠市电增压的高压处理机的动力驱动装置及使用此动力驱动装置的高压处理机，特别是可以利用电池来驱动及控制的高压处理机的动力驱动装置及使用此动力驱动装置的高压处理机。

本发明的另一目的在于提供一种动力驱动装置及使用此动力驱动装置的高压处理机，除可自动控制灌注压力，让灌注压力稳定在设定的预定范围，避免墙面遭到破坏，也可以有效解决建筑物的裂缝被打通时造成的灌注原料流失的问题。

为达上述目的，本发明提供一种高压处理机的动力驱动装置，包括：一本体；一马达，安装于本体上；一飞轮，安装于马达的一转轴上；一减速机构，包括一输入端及一输出端，输入端连接至转轴，输出端用于连接至一高压处理机的一加压机构，其中马达的动力加上飞轮的转动动量通过减速机构输出至加压机构；以及一控制器，电连接至马达，并控制马达正转及反转，配合马达的转轴上的飞轮的转动动量，以使加压机构达到一预定压力范围。

作为上述技术方案的优选，较佳的，还包括：一电池，电连接至该马达及该控制器，提供电力给该马达及该控制器。

作为上述技术方案的优选，较佳的，还包括：一压力感测器，电连接至该控制器，并感测该加压机构内一液体的一液体压力而产生一压力感测信号，该控制器依据该压力感测信号，来控制该马达以使该加压机构维持在该预定压力范围内。

作为上述技术方案的优选，较佳的，该减速机构还包括：一驱动齿轮，具有一轴孔作为该输入端并安装于该转轴上；以及一被动齿轮，与该驱动齿轮啮合，并具有一输出轴作为该输出端。

作为上述技术方案的优选，较佳的，该控制器依据驱动该马达的电流及转速来判断该马达是否发生一堵转状况，若是则控制该马达转向，该堵转状况代表该马达无法以一正常转速范围推动该加压机构。

作为上述技术方案的优选，较佳的，还包括：该控制器依据驱动该马达的电流及正转转速来判断该马达是否发生一顺向堵转状况，若是则控制该马达反转，该顺向堵转状况代表该马达无法以一正常转速范围推动该加压机构，其中于该顺向堵转状况发生后，该控制器控制该马达反转到达一逆向堵转状况，使该加压机构的一活塞从一顺向堵转点移动到一逆向堵转点，然后该控制器再控制该马达正转以突破该顺向堵转点，其中该顺向堵转点与该逆向堵转点相对于该活塞的一下死点呈现对称。

作为上述技术方案的优选，较佳的，该控制器依据驱动该马达的电流及正转转速来判断是否该马达仍无法提升该液体压力，若是则控制该马达停止。

作为上述技术方案的优选，较佳的，在该液体压力到达该预定压力范围以后，该控制器依据该压力感测信号判断该液体压力是否低于一泄压压力，或者该液体压力的回掉速率是否低于一泄压速率，若是则控制该马达停止。

作为上述技术方案的优选，较佳的，还包括一调节器，电连接至该控制器，供一操作者调节该预定压力范围。

本发明更提供一种高压处理机，其为一高压灌注机，包括：一供料筒，储存灌注原料作为液体；上述动力驱动装置及加压机构，加压机构连通至供料筒，并将灌注原料加压达到预定压力范围；以及一输出管路，连通至加压机构，并将灌注原料输出。

借由上述实施例，提供一种可以利用电池来驱动及控制的高压处理机的动力驱动装置及使用此动力驱动装置的高压处理机，利用马达的反转提供足够的加速行程，使位于马达的转轴上的减速驱动齿轮前段未经减速齿轮减速的飞轮以高速转动来储存能量，以提供马达驱动电流产生的额定扭力以外的加压动力来源。此外，利用闭回路压力回授来控制马达的出力，使高压处理机的加压机构维持在预定压力范围，再判断高压处理机是否达到裂缝打通造成灌注液泄出墙面状态而作适当处置，有效节省灌注原料，因而可以实现一种更可靠的移动式高压处理机。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为依据本发明较佳实施例的高压处理机的示意图。

图2为依据本发明较佳实施例的高压处理机的动力驱动装置的结构示意图。

图3为依据本发明较佳实施例的高压处理机的动力驱动装置的方块示意图。

图4A至图4G为加压机构的一活塞的运动方式示意图。

图5A与5B为高压处理机的压力与时间的两个例子的关系图。

其中，BDC：下死点；P1、P2、P3：压力；S1：顺向堵转点；S2：逆向堵转点；t1至t8：时间点；TDC：上死点；10：本体；20：马达；22：转轴；30：飞轮；40：减速机构；41：驱动齿轮；41A：轴孔；42：输入端；43：被动齿轮；43A：输出轴；44：输出端；50：控制器；60：电池；70：压力感测器；80：调节器；90：启动开关；100：动力驱动装置；200：高压灌注机；201：机体；210：加压机构；211：活塞；212：曲柄轴；213：连杆；220：供料筒；230：输出管路。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1显示依据本发明较佳实施例的高压处理机200的示意图。如图1所示，高压处理机200是一种高压灌注机，包括一供料筒220、一动力驱动装置100、一加压机构210及一输出管路230。供料筒220储存灌注原料或灌注液(液体)，譬如是疏水性裂缝止漏剂、亲水性裂缝止漏剂或亲水性与疏水性裂缝止漏剂的聚胺酯(Polyurethane，PUR或PU)树脂，与水或空气中湿气作用后迅速发泡。加压机构210连通至供料筒220，并将灌注原料加压达到预定压力范围。输出管路230连通至加压机构210，并将灌注原料输出。输出管路230上可以设置有一压力感测器70，用于感测加压机构210的输出压力。当然，压力感测器70也可以设置在加压机构210中，感测加压机构210的输出压力。于一非限制例子中，加压机构210譬如是将旋转转成往复式运动(类似于内燃机的动作转换)，而往复式运动的动能推动活塞来压缩液体压缩缸中的液体(类似于内燃机的压缩行程)，达成对液体加压的效果。

图2与图3分别显示依据本发明较佳实施例的高压处理机的动力驱动装置的结构示意图及方块示意图。如图1至图3所示，高压处理机200的动力驱动装置100包括一本体10、一马达20、一飞轮30、一减速机构40以及一控制器50。

本体10譬如是一个框架，可以安装于高压处理机200的一机体201上。马达20安装于本体10上。于本实施例中，马达20为无刷马达；于另一实施例中，马达20为有刷马达。飞轮30安装于马达20的一转轴22上，用途在于提供一预定的转动动量。

减速机构40包括一输入端42及一输出端44。输入端42连接至转轴22，输出端44用于连接至高压处理机200的加压机构210。马达20的动力通过飞轮30及减速机构40输出至加压机构210。在飞轮30被驱动以后，马达20的动力以及飞轮30的转动动量经由减速机构40输出至加压机构210。于本实施例中，减速机构40还包括：一驱动齿轮41，具有一轴孔41A作为输入端42并安装于转轴22上；以及一被动齿轮43，与驱动齿轮41啮合，并具有一输出轴43A作为输出端44。

控制器50电连接至马达20，并控制马达20正转及反转，配合飞轮30的转动动量，以使加压机构210达到一预定压力范围。马达20正转是发生在正常操作期间(称为顺转状态)，可以推动加压机构210持续加压。当预设压力目标较高而超过马达20本身扭力输出极限或电池电力不足(譬如电池老化或快没电)时，或为延长电池续航力而节省马达电力消耗，控制器主动以较小耗电流推动马达时，马达20无法再继续顺利地推动加压机构210持续加压(称为顺向堵转状态)，则控制器50控制马达20反转一定的圈数以提供下次顺向堵转状态前的运动行程，再控制马达20正转回冲。在动力传输方面，飞轮30设置在减速机构40的上游，提供更多的行程让马达20提升飞轮30的转动动量。利用加成飞轮30的转动动量让动力驱动装置100可以持续推动加压机构210突破先前无法克服的顺向堵转状态，进入顺转状态。以下将有更详细的说明。

此外，动力驱动装置100可以还包括一电池60、压力感测器70、一调节器80及一启动开关90。电池60电连接至马达20及控制器50，提供电力给马达20及控制器50。如此一来，施工人员可以不需依靠延长线或发电机来进行高压灌注工作。压力感测器70电连接至控制器50，并感测加压机构210内一液体的一液体压力而产生一压力感测信号，控制器50依据压力感测信号，来控制马达20以使加压机构维持在预定压力范围内。调节器80电连接至控制器50，供一操作者调节预定压力范围。启动开关90电连接至控制器50，让施工人员于施工操作时启动或关闭动力驱动装置100。

图4A至图4G显示加压机构的一活塞211的运动方式示意图。活塞211被转动的曲柄轴212透过连杆213带动而于上死点TDC与下死点BDC之间移动。当顺向堵转状态(譬如无刷马达的电流大于20A或其他电流阀值，但是转速为零RPM(每分钟的转数)或其他接近于零转速阀值)发生时，如图4A与图3所示，活塞211欲向左移动到上死点TDC，但是因预定压力值较高，或电力不足时，或为而延长电池续航力而节省马达电力消耗，控制器主动以较小耗电流推动马达时，动力驱动装置已经无法驱动活塞211正常向左移动，此时活塞211位于顺向堵转点S1，但不一定停止于顺向堵转点S1。

因此，控制器50依据驱动马达20的电流及转速来判断马达20是否发生顺向堵转状况(顺向堵转状况代表马达20无法以一顺向正常转速范围推动加压机构)，若是则控制马达20转向(譬如从正转转向成为反转)，若否则继续驱动马达20。当控制器50控制马达20反转时，如图4B所示，马达20将活塞211拉回到下死点BDC，如图4C所示，反转行程下，马达20的负载大幅减少，因此即时是电力不稳或电力不足都是可以轻易达成的。由于减速机构40的一减速比固定，无刷马达的转动圈数可由包括霍尔感测器(Hall sensor)的控制器50可以知悉的，或者有刷马达可以加入编码器来求得其转动圈数，或者可以设置感测器来感测活塞的位置，因此，于堵转状况下，除了控制器50可依据减速机构40的减速比来控制马达20反转的圈数，让活塞回到靠近下死点BDC的位置，或更进一步带动曲柄轴212反转，使得活塞211从顺向堵转点S1移动到到另一方向的逆向堵转点S2，如图4D所示，此时的马达20已经反转到达逆向堵转状况，代表马达20无法以反转的正常转速范围推动加压机构。借由曲柄轴212的机构力学特性，随着活塞越往加压方向推移，逆向堵转点S2也会同步越往后移动，让飞轮持续获得更大的加速行程。亦即，逆向堵转点S2会随着顺向堵转点S1同步更靠近上死点TDC，马达多次正转及反转后，顺向堵转点会越来越靠近上死点TDC，最后可以让活塞突破顺向堵转点S1而到达上死点TDC，完成之前所不能完成的加压行程。但是在一设计例子中，为了节省工作时间及避免加速行程过大致使飞轮的转动动量过大而超过目标(overshoot)，可以依据离目标压力(预定压力范围)的误差值决定马达的回转圈数，也就是在需较大加压出力时再让马达反转到最大回转行程，也就是让活塞211到达逆向堵转点S2即可。

接着，控制器50控制马达20正转，让活塞211往下死点BDC移动，如图4E所示，由于在马达20正转的阻抗较小的初期，飞轮可以被马达20加速累积一定的能量。只要控制马达持续重复反转恢复加速行程，再正转加速冲击，就可让活塞211突破顺向堵转状况的顺向堵转点S1(参见图4F)而移动到上死点TDC，如图4G所示，完成一个加压行程，克服堵转状态。当然，马达的反转不一定要让活塞从顺向堵转点移动到逆向堵转点，亦可以让活塞从顺向堵转点移动到接近下死点或下死点与逆向堵转点之间的任何一位置，只要取得足以让飞轮加速的行程即可。

只要加压时阻抗压力大于动力源的动力(可能是预设压力目标较高、机构老化、电力不足等问题、或为节省马达电力消耗而延长电池续航力，控制器主动以较小耗电流推动马达时)，就有可能会发生堵转状态，此时，活塞可以位于加压行程的任一位置。于一例子中，加压机构使用曲柄轴与止逆阀机构(未显示)，其特性将导致在堵转状态下，让马达驱动活塞往相反于活塞的加压方向的方向带动，在马达反转让活塞到达下死点BDC前是不会有压力阻抗的，借此让飞轮往下次加压方向运动时取得足够的加速行程，提升飞轮转动动量，让活塞再次回到原堵转点时，动力驱动装置100可不仅输出马达本身扭力，还加上飞轮的高速转动动量，进而让活塞211产生更大的压力。

此外，堵转状态发生时，马达的转速为零或接近零，飞轮能量已释放完，动力驱动装置100仅剩马达本身电流产生的电磁能扭力，若无对堵转状态做出断电或其他处置，持续以电流驱动马达只是无谓的耗电，降低电池续航力而已。于本实施例中，将马达的转轴反向回转为飞轮取得足够的加速行程后，再让马达正转使活塞恢复到加压行程，即可再将飞轮的加速旋转动量再次施加到原先已经堵转的压力阻抗上，使活塞压力得以如同”铁锤举起后再敲击钉子”一般，让活塞压力持续累积上升，解决先天上电池电力输出动能与稳定性不如市电的问题。与习知技术比较而言，使用本实施例的架构可以获得比较高的加压压力(譬如从3000至4000psi提升到从7000至8000psi)，或者是可以使用较小功率的马达来达成相同的加压压力。

图5A与5B显示高压处理机的压力与时间的两个例子的关系图。如图5A与图3所示，调节器80的设定压力范围是在压力P1与P2之间，当高压处理机开机时，动力驱动装置100驱动加压机构210将灌注原料加压至压力P1(对应于时间点t1)，然后动力驱动装置100停止。因为灌注作业进行中，原料慢慢往裂缝处扩散，故灌注原料的压力会从压力P1掉到压力P2(对应于时间点t2)，此时控制器50依据压力感测器70的感测结果启动马达20运转，继续将灌注原料加压至压力P1(对应于时间点t3)后停止，然后灌注原料的压力又从压力P1掉到压力P2(对应于时间点t4)。依此类推，无论压力降低的速率为何，都可以使得灌注原料的压力维持于压力P1与P2之间。

如图5B与图3所示，从时间点t1到t4的情形类似于图5A。接着，灌注原料的压力于时间点t4与t5分别是压力P2与P1。于时间点t6，灌注原料的压力骤降，此时应该是面临到所欲灌注的裂缝可能被打通而使原料溢出墙面的状态。于时间点t7，灌注原料的压力降至压力P2，控制器50启动马达20即时持续顺转运作，虽然可以使得压力骤降的速度减缓，但是仍无法将压力提升至压力P1。于时间点t8，灌注原料的压力降低到低于压力P3时(压力P3又称泄压压力，可设计为灌注周期的最大实际压力的一半值左右)，控制器50根据压力感测器70的感测结果判断所欲灌注的裂缝已经被打通，灌注原料已经溢出壁面，为了不继续浪费灌注原料，控制器50停止马达20。因此，在液体压力到达预定压力范围以后，控制器50依据压力感测信号判断液体压力是否低于泄压压力，或者判断液体压力的回掉速率是否高于一泄压速率，若是则控制马达20停止，若否则控制马达20继续运作。液体压力的回掉速率对应于图5的关系曲线的斜率，等于压降除以时间。泄压速率可以以时间点t6与t7之间的斜率或时间点t7与t8之间的斜率，譬如1秒钟内压力掉一半就判定为裂缝打通状态，或者判定为其他原因导致的异常泄压状态，譬如操作者误触泄压阀门或管路破裂等。

此外，由于控制器50可以知道马达(特别是无刷马达)的电流及转速，所以控制器50也可以依据驱动马达20的电流及正转转速来判断是否马达即使顺转运作中仍无法提升液体压力，若是则控制马达20停止，若否则控制马达20继续运作。

借由上述实施例，提供一种可以利用电池来驱动及控制的高压处理机的动力驱动装置及使用此动力驱动装置的高压处理机，利用马达的反转再正转，带动位于动力源的前段未经减速齿轮减速的飞轮以高速转动来储存能量，可以在预设压力较高或电池电力不足或机构老化时提供额定的加压压力，亦可以在不提高电池电力供电状态或不变更马达的情况下提供较高的加压压力。此外，利用闭回路压力回授来控制马达的出力，使高压处理机的加压机构维持在预定压力范围，避免过大灌注压力破坏墙面造成更大裂缝，再判断高压处理机是否达到裂缝打通状态而作适当处置，有效节省灌注原料，因而可以实现一种闭回路稳压控制的移动式高压处理机。

虽然以上是以高压灌注机当作高压处理机的一个例子来作说明，但是本发明并不限于此，也可延伸应用于结构类似的油压泵、高压清洗机等，特别有益于应用在采用电池供电的可携式高压处理机中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，包括：

一本体；

一马达，安装于该本体上；

一飞轮，安装于该马达的一转轴上；

一减速机构，包括一输入端及一输出端，该输入端连接至该转轴，该输出端用于连接至该高压处理机的一加压机构，其中该马达的动力以及该飞轮的转动动量经由该减速机构输出至该加压机构；以及

一控制器，电连接至该马达，并控制该马达正转推动该加压机构持续加压，且于该马达无法再继续顺利地推动该加压机构持续加压时，控制该马达反转，让该飞轮获得足够的加速行程，再控制该马达正转回冲以持续推动该加压机构，配合该飞轮的该转动动量，以使该加压机构达到一预定压力范围。

2.根据权利要求1所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，还包括：

一电池，电连接至该马达及该控制器，提供电力给该马达及该控制器。

3.根据权利要求1所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，还包括一压力感测器，电连接至该控制器，并感测该加压机构内一液体的一液体压力而产生一压力感测信号，该控制器依据该压力感测信号，来控制该马达以使该加压机构维持在该预定压力范围内。

4.根据权利要求1所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，该减速机构还包括：一驱动齿轮，具有一轴孔作为该输入端并安装于该转轴上；以及一被动齿轮，与该驱动齿轮啮合，并具有一输出轴作为该输出端。

5.根据权利要求1所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，该控制器依据驱动该马达的电流及转速来判断该马达是否发生一堵转状况，若是则控制该马达转向，该堵转状况代表该马达无法以一正常转速范围推动该加压机构。

6.根据权利要求1所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，该控制器依据驱动该马达的电流及正转转速来判断该马达是否发生一顺向堵转状况，若是则控制该马达反转，该顺向堵转状况代表该马达无法以一正常转速范围推动该加压机构，其中于该顺向堵转状况发生后，该控制器控制该马达反转到达一逆向堵转状况，使该加压机构的一活塞从一顺向堵转点移动到一逆向堵转点，然后该控制器再控制该马达正转以突破该顺向堵转点，其中该顺向堵转点与该逆向堵转点相对于该活塞的一下死点呈现对称。

7.根据权利要求3所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，该控制器依据驱动该马达的电流及正转转速来判断是否该马达仍无法提升该液体压力，若是则控制该马达停止。

8.根据权利要求3所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，在该液体压力到达该预定压力范围以后，该控制器依据该压力感测信号判断该液体压力是否低于一泄压压力，或者该液体压力的回掉速率是否低于一泄压速率，若是则控制该马达停止。

9.根据权利要求1所述的具有飞轮的动力驱动装置，其特征在于，还包括一调节器，电连接至该控制器，供一操作者调节该预定压力范围。

10.一种高压处理机，为一高压灌注机，包括权利要求1至9中任一项所述的具有飞轮的动力驱动装置及该加压机构，其特征在于，还包括：

一供料筒，储存一灌注原料作为液体，其中该加压机构连通至该供料筒，并将该灌注原料加压达到该预定压力范围；以及

一输出管路，连通至该加压机构，并将该灌注原料输出。

Images