JP3191676U - Electric screwdriver with power saving mode - Google Patents
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Abstract
【課題】トルクに応じ、機能を選んで使用できる省電力モード搭載の電気スクリュードライバーを提供する。【解決手段】省電力モードの切替スイッチ２、ウルトラキャパシタ３、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ４、マイクロコントローラ５が相互に電気的に接続された制御装置を有し、制御装置の入力側と電池６とを、出力側とモーター７とを電気的に接続する。使用モードには、高パフォーマンスモード、通常モード、省電力モードが設けられ、省電力モードは、出力トルクと電池の出力電力範囲を出力可能範囲の３０％〜５０％にし、電流立ち上がりを遅らせる。通常モードは、出力電力範囲を５０％〜８０％にし、通常通りの電流立ち上がりとする。高パフォーマンスモードは、出力電力範囲を８０％〜１００％にし、一番早く電流立ち上がりを行わせる。【選択図】図３PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric screwdriver equipped with a power saving mode which can be used by selecting a function according to torque. SOLUTION: The power saving mode changeover switch 2, the ultracapacitor 3, the metal oxide semiconductor field effect transistor 4, and the microcontroller 5 are electrically connected to each other, and have a control device, and an input side of the control device and a battery. 6 is electrically connected to the output side and the motor 7. The use mode is provided with a high performance mode, a normal mode, and a power saving mode. In the power saving mode, the output torque and the output power range of the battery are set to 30% to 50% of the output possible range, and the current rise is delayed. In the normal mode, the output power range is set to 50% to 80%, and the current rises as usual. The high performance mode sets the output power range to 80% to 100% and causes the current to rise the fastest. [Selection diagram] Fig. 3
Description
本考案は、電気スクリュードライバーの改良に関わり、特に環境にやさしく、省エネで経済的な省電力モード搭載の電気スクリュードライバーに関する。 The present invention relates to an improvement of an electric screw driver, and more particularly, to an electric screw driver equipped with a power saving mode that is environmentally friendly, energy saving and economical.
従来の電気スクリュードライバーは今までの電源コードで、コンセントに差し込むタイプから、電源供給の充電式電池タイプに変わって、電源供給の箇所に制限されず、使用されるようになっているが、充電式電池タイプでは使用上、時間に限りがあるから、電力不足などの時、該電気スクリュードライバーが使えなくなる。 The conventional electric screwdriver is a power cord that has been used so far, but instead of being plugged into an electrical outlet, it has been changed to a rechargeable battery type with power supply. Since the battery type has a limited time for use, the electric screwdriver cannot be used when power is insufficient.
そして、従来の電気スクリュードライバーでねじを締めるとき、トルクの強さを問わず、いつも、最高出力で行われており、使用者がめったに、電気スクリュードライバーを最大トルクにして使用しないようであり、通常、よく使用される最大トルク値は３０％〜８０％の間にあり、特に作業時、最大トルク値の馬力で稼働させた場合、電気スクリュードライバーが熱くなり、電力がかかり、使用寿命が減少される。 And when tightening a screw with a conventional electric screwdriver, regardless of the strength of the torque, it is always performed at the maximum output, and the user rarely seems to use the electric screwdriver at the maximum torque, Usually, the maximum torque value that is often used is between 30% and 80%, especially when working at the maximum torque value of horsepower, the electric screwdriver becomes hot, power is applied, and the service life is reduced. Is done.
それに、電気スクリュードライバーは、手操作による小型自動工具で、電池の大きさ、容量に限りがあるから、使用の時、電池の電力は気の付かないうちに、消耗されてしまう場合がよくある。 In addition, the electric screwdriver is a small automatic tool that is manually operated, and the size and capacity of the battery are limited. When used, the power of the battery is often consumed without knowing it. .
本考案は、電池の使用可能時間を伸ばし、使用効果を高め、各省電力モードの切換を通じて、電気スクリュードライバーのトルクに応じ、機能を選んで使用して、電池の通常使用可能時間を二倍にするように設けられる省電力モード搭載の電気スクリュードライバーを提供することを第一の目的とする。 The present invention extends the usable time of the battery, enhances the effect of use, and doubles the normal usable time of the battery by selecting and using the function according to the torque of the electric screwdriver through switching of each power saving mode. It is a first object of the present invention to provide an electric screwdriver equipped with a power saving mode.
本考案は、充電式電池の使用寿命を伸ばし、確実に省エネで炭素低減につながる実質的効果を果たすように設けられる省電力モード搭載の電気スクリュードライバーを提供することを第二の目的とする。 A second object of the present invention is to provide an electric screwdriver equipped with a power saving mode that is provided to extend the service life of a rechargeable battery, and to achieve a substantial effect that leads to energy saving and carbon reduction.
上述した各目的を達成させるため、本考案の考案者は、新しい省電力モード搭載の電気スクリュードライバーを開発、電気スクリュードライバーを三段階調整モード、即ち、高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）、通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）、省電力モード（ＥＣＯ）に設けてなり、特に、該電気スクリュードライバー内部の制御基板に、ウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）と電池の組み合わせで使用、制御基板のマイクロコントローラ（ＭＣＵ）による回転速度が変わらないことを前提とし、トルクに応じる電流制限、モードによる電流出力により、電池の電流出力への制御を行い、異なる省電力モードにおいて、いずれも、省電力効果を果すことができ、それと同時に、電流の節約で、電池の温度が下がり、省電力の実現に、電池の使用寿命が伸ばされるようになる。 In order to achieve each of the above-mentioned objects, the inventor of the present invention has developed a new electric screwdriver equipped with a power saving mode, and the electric screwdriver is operated in a three-stage adjustment mode, that is, a high performance mode (Sport) and a normal mode (Normal). ), Power saving mode (ECO), especially, the control board inside the electric screwdriver is used in combination with the ultracapacitor (Capacitor) and the battery, the rotation speed by the microcontroller (MCU) of the control board changes It is assumed that there is no current, the current output of the battery is controlled by the current limit depending on the torque and the current output by the mode, and in each of the different power saving modes, the power saving effect can be achieved at the same time. Saves battery temperature and reduces power consumption Battery so service life is extended for.
省電力モード（ＥＣＯ）は、出力トルクと電池の出力電力範囲を出力可能範囲の３０％〜５０％にし、電流立ち上がりを遅らせるように設けられていることを特徴とする。 The power saving mode (ECO) is characterized in that the output torque and the output power range of the battery are set to 30% to 50% of the output possible range, and the current rising is delayed.
通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）は、出力トルクと電池の出力電力範囲を出力可能範囲の５０％〜８０％にし、通常通りの電流立ち上がりを行わせるように設けられていることを特徴とする。 The normal mode (Normal) is characterized in that the output torque and the output power range of the battery are set to 50% to 80% of the output possible range, and a normal current rise is performed.
高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）は、出力トルクと電池の出力電力範囲を出力可能範囲の８０％〜１００％にし、一番早く電流立ち上がりを行わせるように設けられていることを特徴とする。 The high performance mode (Sport) is characterized in that the output torque and the output power range of the battery are set to 80% to 100% of the output possible range, and the current rise is performed first.
該電気スクリュードライバーは、省電力モード（ＥＣＯ）または通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）で行うとき、負荷電流が出力馬力より大きく、ねじ締めができない場合、該マイクロコントローラ（ＭＣＵ）が自動的に切替スイッチを、元の省電力モード（ＥＣＯ）を、高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）に切り替えて、ねじ締めを行わせるように設けられていることを特徴とする。 When the electric screwdriver is operated in the power saving mode (ECO) or the normal mode (Normal), when the load current is larger than the output horsepower and the screw cannot be tightened, the microcontroller (MCU) automatically sets the changeover switch, The present invention is characterized in that the original power saving mode (ECO) is switched to the high performance mode (Sport) and screw tightening is performed.
次は、図面を参照しながら、本考案の実施例を説明するが、次のように挙げられる実施例は、本考案を説明するために行われるもので、それを以て、本考案の範囲を制限するものではなく、当該技術の分かる者が、それらの変更や改造を行うことは可能だが、本考案の保護範囲は、後述の実用新案登録請求範囲に準じるものとする。 In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are provided to explain the present invention and thereby limit the scope of the present invention. However, those skilled in the art can change or modify them, but the scope of protection of the present invention shall be in accordance with the utility model registration claim described below.
図１に示すのは、好適な実施例の省電力モード搭載の電気スクリュードライバーであり、該電気スクリュードライバー（１）は充電式で、外部に筐体（１０）を設けて備えてなり、該筐体（１０）は形状に限りがなく、例えば、筆タイプやピストルタイプなど、本実施例はピストルタイプであり、該筐体（１０）の内部には、モーター（図示せず）、ギア（図示せず）、クラッチ（図示せず）、クランプ（１１）、トリガー（１２）と制御装置（図示せず）が設けられており、これらのキットは、通常（無刷の電気スクリュードライバーの有する基本的仕組と機能で、本考案の請求する要件ではないため、ここでそれ以上述べないことにする。 FIG. 1 shows an electric screwdriver equipped with a power saving mode according to a preferred embodiment. The electric screwdriver (1) is rechargeable, and is provided with a housing (10) outside. The shape of the housing (10) is not limited. For example, this embodiment is a pistol type such as a brush type or a pistol type. Inside the housing (10), a motor (not shown), a gear ( A kit (not shown), a clutch (not shown), a clamp (11), a trigger (12) and a control device (not shown) are provided. Since it is a basic structure and function, and not a requirement of the present invention, it will not be described further here.
図２に示すように、本考案の特徴として、電気スクリュードライバー（１）の制御装置内にウルトラキャパシタが設置され、充電式電池との組み合わせで、共に該電気スクリュードライバー（１）の立ち上がり時に必要な電力を供給することになっており、具体的な実施にあっては、該制御装置の仕組みは少なくとも、省電力モードの切替スイッチ（２）、ウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（３）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）（４）、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）（５）が備わっており、該制御装置の入力側は充電式電池（６）と、出力側はモーター（７）と電気的に接続している。 As shown in FIG. 2, as a feature of the present invention, an ultracapacitor is installed in the control device of the electric screwdriver (1), and it is necessary when the electric screwdriver (1) starts up in combination with a rechargeable battery. In a specific implementation, the mechanism of the control device is at least a power saving mode changeover switch (2), an ultracapacitor (3), a metal oxide. A semiconductor field effect transistor (MOSFET) (4) and a microcontroller (MCU) (5) are provided. The input side of the control device is electrically connected to a rechargeable battery (6), and the output side is electrically connected to a motor (7). Connected.
図３に示すように、該制御装置の作動原理として、立ち上げ用電流が電池（６）から出力、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）（５）が切替スイッチ（２）を通じ、異なる省電力モードに応じて、電流出力の割合（例えば５０％，８０％，１００％）で使用するように制御しており、残りの電流は、ウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（３）より供給、補充され、該マイクロコントローラ（ＭＣＵ）（５）が、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）（４）への制御を行い、モーター（７）を駆動させ、運転を立ち上げることになっており、本考案での制御装置は、電気スクリュードライバー（１）の正常な立ち上げ、使用、停止時の電流を制御するが、その回転速度が変わらないので、ねじ締めの効果や品質に影響を及ぼさない。 As shown in FIG. 3, according to the operation principle of the control device, the startup current is output from the battery (6), and the microcontroller (MCU) (5) passes through the changeover switch (2) according to different power saving modes. , And the remaining current is supplied and supplemented by an ultracapacitor (Capacitor) (3), and the microcontroller (MCU) is controlled. ) (5) controls the metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) (4), drives the motor (7), and starts up the operation. Controls the current during normal start-up, use and stop of the electric screwdriver (1), but its rotational speed does not change, so it affects the effect and quality of screw tightening It does not exert.
電気スクリュードライバーの各モードの運転状況や機能について、次のように説明するが、省電力モード（ＥＣＯ）とは、出力トルク範囲を出力可能範囲の３０％〜５０％にし、モーター立ち上がりを遅らせるモード、通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）とは、出力トルク範囲を出力可能範囲の５０％〜８０％にし、通常通りのモーター立ち上がりを行うモード、高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）とは、出力トルク範囲を出力可能範囲の８０％〜１００％にし、スピーディのモーター立ち上がりを行うモードである。 The operating status and functions of each mode of the electric screwdriver will be explained as follows. The power saving mode (ECO) is a mode in which the output torque range is set to 30% to 50% of the output possible range and the motor startup is delayed. The normal mode (Normal) is a mode in which the output torque range is 50% to 80% of the output possible range, and the motor starts up normally, and the high performance mode (Sport) is the output torque range of the output possible range. In this mode, the speed is increased to 80% to 100% and the motor starts up quickly.
図４に示すのは省電力モードのフローチャートである。該図面に示すように、電池（６）より供給された電流は、切替スイッチ（２）を通じて、一部の電流がウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（３）内に蓄積され、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）（５）が金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）（４）への制御を行い、モーター（７）の運転を駆動させることになっており、該モーター（７）の立ち上げに大きな電流が必要となるため、この時、ウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（３）より大きな電流が供給され、該モーター（７）の立ち上がりをゆっくり行わせるようになり、立ち上げに必要とされる大きな電流はすべて、電池から供給される必要はないこと、該モーター（７）の運転開始後、電池（６）が続けて電力を提供することになっており、効能において、切替スイッチ（６）を省電力モード（ＥＣＯ）に切り替えたとき、例えば、モーター（７）の最大馬力が５０％にプリセットされた場合、電池（６）がその５０％の電力を供給することとなり、負荷は最大、５０％の馬力のみの出力電流になる。 FIG. 4 is a flowchart of the power saving mode. As shown in the drawing, a part of the current supplied from the battery (6) is stored in the ultracapacitor (Capacitor) (3) through the changeover switch (2), and the microcontroller (MCU) (5 ) Controls the metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) (4) and drives the operation of the motor (7), and a large current is required to start the motor (7). Therefore, at this time, a current larger than that of the ultracapacitor (Capacitor) (3) is supplied, and the motor (7) is allowed to start up slowly. It is not necessary to supply power, and the battery (6) will continue to provide power after the motor (7) starts operating. When the changeover switch (6) is switched to the power saving mode (ECO), for example, when the maximum horsepower of the motor (7) is preset to 50%, the battery (6) supplies 50% of the power. As a result, the load becomes an output current with a maximum of only 50% horsepower.
図５に示すのは通常モードのフローチャートである。該図面に示すように、切替スイッチ（２）を通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）に切り替えたとき、モーター（７）の最大馬力が８０％にプリセットされた場合、電池（６）がその８０％の電力を供給するだけで、該モーター（７）を駆動させ、通常通りの立上げを行わせることになっており、実際使用の時、該モーター（７）の最大出力馬力はその８０％となる。 FIG. 5 is a flowchart of the normal mode. As shown in the drawing, when the changeover switch (2) is switched to the normal mode (Normal), if the maximum horsepower of the motor (7) is preset to 80%, the battery (6) will supply 80% of the power. The motor (7) is driven only by supplying it to start up as usual. In actual use, the maximum output horsepower of the motor (7) is 80%.
図６に示すのは高パフォーマンスモードのフローチャートである。該図面に示すように、切替スイッチ（２）を高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）に切り替えたとき、モーター（７）の最大馬力が１００％にプリセットされたとき、電池（６）がその１００％の電力を供給することとなり、そして、該モーター（７）を駆動させ、スピーディの立上げを行わせるようになるため、実際使用の時、該モーター（７）の最大出力馬力はその１００％となる。 FIG. 6 is a flowchart of the high performance mode. As shown in the drawing, when the changeover switch (2) is switched to the high performance mode (Sport), when the maximum horsepower of the motor (7) is preset to 100%, the battery (6) has its 100% power. Then, the motor (7) is driven to speed up the start-up, so that the maximum output horsepower of the motor (7) is 100% in actual use.
電気スクリュードライバー（１）は、省電力モード（ＥＣＯ）または通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）で行うとき、負荷電流がプリセットされた最大出力馬力（５０％または８０％）より大きく、ねじ締めができない場合、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）（５）が自動的に切替スイッチ（２）を、元の省電力モード（ＥＣＯ）または通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）を、高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）に切り替えて、該電気スクリュードライバー（１）が最も省電力可能な状態下で、ねじ締めを行わせることができる。 When the electric screwdriver (1) is operated in the power saving mode (ECO) or the normal mode (Normal), the load current is larger than the preset maximum output horsepower (50% or 80%) and the screw cannot be tightened. The controller (MCU) (5) automatically switches the changeover switch (2), the original power saving mode (ECO) or normal mode (Normal) to the high performance mode (Sport), and the electric screwdriver (1). ) Can be screwed under the most power-saving condition.
図７に示すのは電気スクリュードライバーの実際使用後のフローチャート。該図面に示すように、電池（６）を繰り返して使用したあと、老化発生により、元の電力がその６０％しかなく、該電気スクリュードライバー（１）の駆動にその８０％が必要な場合、不足部分がウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）（３）より補充され、驅動モーター（７）の運転を駆動して、通常の作業を行わせることになっており、そうすると、電池の使用寿命が延び、無駄な電池電力の使用が防止可能、確実に低炭素化の実施的効果につながることができる。 FIG. 7 is a flowchart after the actual use of the electric screwdriver. As shown in the drawing, after repetitive use of the battery (6), due to aging, only 60% of the original power is required and 80% is required to drive the electric screwdriver (1). The shortage is replenished from the ultracapacitor (Capacitor) (3), and the operation of the peristaltic motor (7) is driven to perform normal work. The use of battery power can be prevented, which can surely lead to the practical effect of low carbonization.
最後に、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示すのは、本考案の省電力モード搭載の電気スクリュードライバー及び一般的な電気スクリュードライバーに使用される電池が実際に実施された時に行われた測定結果のグラフィックで、その中、図８Ａ）と図８（Ｂ）は、充放電５００回以上使用した電池と新しい電池を、それぞれ本考案と一般的な電気スクリュードライバーに入れて見たモーターの実際使用電流の比較。それらの図を見て明らかに分かるように、ウルトラキャパシタ内蔵の本考案では、新しい電池や、次第に老化が起こりつつある電池の使用を問わず、モーターの立上げに必要とされる、電池より供給される電流が顕著に少なく、実測値によると、その電力の２５〜３５％が節約可能で、省電力効果が実現される。 Finally, FIGS. 8A to 8D are performed when the battery used for the electric screw driver equipped with the power saving mode of the present invention and the general electric screw driver is actually implemented. Fig. 8A) and Fig. 8 (B) show the results of the measurement. The batteries used and over 500 times of charge and discharge are shown in the present invention and a typical electric screwdriver, respectively. Comparison of actual operating current. As can be seen clearly from these diagrams, the present invention with built-in ultracapacitor is supplied from the battery required for starting up the motor, regardless of whether a new battery or a battery that is gradually aging is used. The current that is generated is remarkably small, and according to the measured values, 25 to 35% of the power can be saved, and a power saving effect is realized.
図８（Ｃ）は、本考案において、同じ容量でフル充電の電池を使用して、省電力モードにより行われたねじ締め回数の比較を示している。該図に示すように、高パフォーマンスモード（Ｓｐｏｒｔ）の時、馬力と最大電流が最大限になり、最大トルクが出力され、実際の測定結果によると、本考案の電気スクリュードライバーは、約１５００回のねじ締めを行うことが可能、その中、通常モード（Ｎｏｒｍａｌ）の時、電池の出力電流が制限されるため、実際の測定結果によると、モーターがより大きな馬力が得られ、最大トルクの８０％の出力が可能、５０％のねじ締め回数が増え、即ち、実際の測定結果によると、約１７００回のねじ締めが可能、省電力モード （ＥＣＯ）の時、立上げ、使用、停止時の電流（最大電流の約５０％）と最大電流への制御が行われ、回転速度が変わらないまま、電流への制限を行うだけで、電流出力が制御されるようになり、省電力（約７０％の電力が節約可能）で、二倍弱のねじ締め回数の電力が節約可能、実際の測定結果によると、約２３００回のねじ締めが可能なため、該電気スクリュードライバーの效能が顕著に向上した。 FIG. 8C shows a comparison of the number of screw tightenings performed in the power saving mode using a fully charged battery having the same capacity in the present invention. As shown in the figure, in the high performance mode (Sport), the horsepower and the maximum current are maximized and the maximum torque is output. According to the actual measurement result, the electric screwdriver of the present invention is about 1500 times. In the normal mode (Normal), the output current of the battery is limited. Therefore, according to the actual measurement result, the motor can obtain a larger horsepower and the maximum torque of 80 can be obtained. % Output, 50% increase in the number of screw tightening, ie, according to the actual measurement result, it is possible to tighten about 1700 times, in power saving mode (ECO), during startup, use, stop The current (about 50% of the maximum current) is controlled to the maximum current, and the current output is controlled simply by limiting the current without changing the rotation speed, thereby saving power (about 70%). The power of the electric screwdriver is significantly improved because it can save about twice as many times of screw tightening as the actual measurement results. .
図８（Ｄ）に示すのは、本考案と一般的な電気スクリュードライバーは通常の使用時間下の温度変化比較。該図を見て明らかに分かるように、ウルトラキャパシタ内蔵の本考案は２小時連続使用後、一般的な電気スクリュードライバーの場合より、温度が約その半分のみ上昇、即ち、長時間作業の時、電池の発熱による上昇温度の幅が一般的な場合より小さく、電池の使用寿命が伸ばされる。 FIG. 8D shows a comparison of temperature change between the present invention and a general electric screwdriver under normal use time. As can be clearly seen from the figure, the present invention with a built-in ultracapacitor, after continuous use for 2 hours, the temperature rises only about half that of a typical electric screwdriver, that is, when working for a long time. The range of the temperature rise due to the heat generation of the battery is smaller than in the general case, and the service life of the battery is extended.
１ 電気スクリュードライバー
１１ クランプ
１２ トリガー
２ 切替スイッチ
３ ウルトラキャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）
４ 金属酸化物半導体電界効果トランジスタ （ＭＯＳＦＥＴ）
５ マイクロコントローラ（ＭＣＵ）
６ 電池
７ モーター
1 Electric screwdriver 11 Clamp
12 Trigger 2 change-over switch 3 Ultracapacitor (Capacitor)
4 Metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)
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