KR20150071895A - 전동공구 및 전동공구 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전원이 인가되어 상기 샤프트가 상기 BLDC 모터의 구동에 의하여 회전구동하는 제1단계와; 상기 샤프트의 속도를 감지하여 일정 속도 이상이 되면 전자적인 변속이 이루어지도록 하는 제2단계와; 상기 토크감지부에서 상기 샤프트에 작용하는 토크를 감지하는 제3단계와; 상기 토크감지부에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 상기 기계변속부에서 기계적인 변속이 이루어지도록 하는 제4단계를; 포함함으로써, 비엘디씨(BLDC) 모터를 이용하여 전기적으로 변속이 이루어진 후에 토크와 감응하여 추후 필요시에 기계적인 변속이 이루어지도록 함으로써 전동공구에 대한 제어 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

전동공구 및 전동공구 제어방법{ELECTRONIC TOOL AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 전동동구에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전동공구를 효율적으로 제어할 수 있는 전동공구 제어방법에 관한 것이다.

어떤 전동 공구들은 예를 들어 드릴 비트와 같은 공구를 고속 또는 저속으로 선택적으로 회전시켜 주기위한 변속 기구를 갖고 있다.

전형적으로, 그와 같은 변속 기구는 출력축상에 회전가능하게 장착되며, 모터에 의해 회전가능한 전동축상의 대경 및 소경 기어들 각각에 맞물려 보유지지되는 한쌍의 고속 및 저속 기어로 이루어진다. 서로로부터 축방향으로 이격된 고속 및 저속 기어들 사이에는 도그 클러치판(dog clutch plate)이 출력축에 축방향으로 이동가능하게 스플라인 되어 있다.

도그 클러치판은 공구 사용자에 의해 수동으로 회전되는 샤프트 노브(shift knob)에 의해 축방향으로 이동될 수가 있다.

저속 작동 모드가 선택되면, 시프트 노브는 그 위의 이빨이 저속 기어의 한쪽에 형성된 요홈 속에 끼워질 때까지 도그 클러치판을 한 축방향 이동시켜주도록 회전된다. 그후, 전동축의 회전은 그 위의 소경 기어로부터 저속 기어 및 도그 클러치판을 거쳐 출력축에 전달되며, 다음에 출력축에 결합된 공구를 회전 시켜준다.

고속 작동 모드에서, 도그 클러치판은 그 이빨을 고속 기어의 한쪽에 형성된 요홈속에 끼워넣기 위해 반대 방향의 축방향으로 이동된다.

다음에, 출력축은 전동축에 의해 대경기어, 고속 기어 및 도그 클러치판을 거쳐 회전된다.

고속 및 저속 기어들은 도그 클러치판의 원주면을 맞물어주는 시프트 노브의 원통형 부재에 대항하여 눌려지도록 각각의 스프링에 의해 통상적으로 편향되어 있다.

그러나, 고속 및 저속 기어들은 그들의 원주 모서리부가 시프트 노브의 원통형 부재에 대항하여 눌려지기 때문에 국부적인 하중을 받기가 쉽기 때문에 고속 및 저속 기어들은 작동중에 소음을 발생하기가 쉽고, 그 국부적인 마모로 인해 유효 수명이 짧다는 문제점이 있다.

또한, 고속 및 저속 기어와 도그 클러치판이 전동축로부터 출력축으로 토크를 전달하기 위해서는 크고 무겁게 제작된다는 문제가 있다.

상기한 문제들로 인하여 전동공구를 이용한 작업시에 전동공구를 효율적으로 제어하여 전동공구를 이용한 작업이 원활하고 효과적으로 이루어지도록 할 필요성이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 비엘디씨(BLDC) 모터를 이용하여 전자적으로 변속이 이루어진 후에 토크와 감응하여 추후 필요시에 기계적인 변속이 이루어지도록 함으로써 전동공구의 제어 효율을 향상시킬 수 있는 전동공구 제어방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 일측 단부에 비트가 고정 결합되는 샤프트와; 상기 샤프트의 외주면에 고정 결합되는 회전자와, 상기 회전자를 회전시키기 위한 유도 기전력을 발생시키는 고정자로 이루어지는 BLDC 모터와; 상기 회전자의 회전 속도를 감지하여 상기 회전 속도 따라 전자적인 변속이 이루어지도록 하는 전자변속부와; 상기 샤프트에 작용하는 토크의 크기를 감지하는 토크감지부와; 상기 토크감지부에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 기계적인 변속이 이루어지도록 하는 기계변속부를; 포함한 것을 특징으로 하는 전동공구를 제시한다.

여기서, 상기 기계변속부에서 기계적인 변속이 완료된 후에 상기 토크감지부에서 감지된 토크가 설정치를 초과하게 되면 임팩트 모드로 전환되도록 하는 임팩트 모드 전환부가 더 구비될 수 있다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 전원이 인가되어 상기 샤프트가 상기 BLDC 모터의 구동에 의하여 회전구동하는 제1단계와; 상기 샤프트의 속도를 감지하여 일정 속도 이상이 되면 전자적인 변속이 이루어지도록 하는 제2단계와; 상기 토크감지부에서 상기 샤프트에 작용하는 토크를 감지하는 제3단계와; 상기 토크감지부에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 상기 기계변속부에서 기계적인 변속이 이루어지도록 하는 제4단계를; 포함한 것을 특징으로 하는 전동공구 제어방법을 제시한다.

여기서, 상기 제4단계 이후에 상기 토크감지부에서 감지된 토크가 설정치를 초과하게 되면 임팩트 모드로 전환되는 제5단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제5단계 이후에 상기 토크감지부에서 감지된 토크가 설정치 미만이 되면 상기 임팩트 모드가 해제되는 제6단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 비엘디씨(BLDC) 모터를 이용하여 전자적으로 변속이 이루어진 후에 토크와 감응하여 추후 필요시에 기계적인 변속이 이루어지도록 함으로써 전동공구의 제어 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구의 제어방법을 순차적으로 기재한 흐름도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구의 제어방법을 순차적으로 기재한 흐름도이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전동공구는, 일측 단부에 비트가 고정 결합되는 샤프트(100)와, 샤프트(100)의 외주면에 고정 결합되는 회전자와, 회전자를 회전시키기 위한 유도 기전력을 발생시키는 고정자로 이루어지는 BLDC 모터(200)와, 회전자의 회전 속도를 감지하여 상기 회전 속도 따라 전자적인 변속이 이루어지도록 하는 전자변속부(300)와, 샤프트(100)에 작용하는 토크의 크기를 감지하는 토크감지부(400)와, 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 기계적인 변속이 이루어지도록 하는 기계변속부(500)를 포함하여 구성되어 있다.

샤프트(100)는 전동공구의 외부로 노출되게 연장 형성되는 단부에 비트가 고정 결합되어 전동공구를 이용하여 벽에 구멍을 뚫거나 혹은 나사를 체결하는 작업이 가능하도록 하는 한다.

이러한 샤프트(100)는 BLDC 모터(200)로부터 회전 구동력을 전달받을 수 있도록 그 타단부가 BLDC 모터(200)의 내부로 연장 형성되어 있으며, 그 외주면에는 회전자가 고정 결합되어 있다.

BLDC 모터(200)는 전원이 인가되면 그 내부에 배치된 회전자가 자화되면서 그 둘레에 배치되어 있는 고정자와의 사이에서 유도 기전력을 발생시킴으로써 샤프트(100)를 회전 구동시키는 역할을 한다.

이러한 BLDC 모터(brushless DC motor, 200)는 고정부재인 금속제에 코일을 고정하고 회전자인 자석을 상기 코일에 대향배치하여, 코일에 전류를 공급함으로써 브라켓과 자석간에 상호작용하는 자계에 의해 상기 회전자를 회전시키도록 된 것이다.

즉, 통상의 전기모터와는 반대의 구성을 취하고 있는 구조로써 가장 큰 특징은 정류자가 없다는 것이다.

따라서, 코일에 인가되는 전류량에 따라 모터의 회전수 및 회전속도를 정확하게 제어할 수 있기 때문에 모터의 효율을 최대로 활용할 수 있는 장점이 있다.

전자변속부(300)는 작업자가 전동공구를 사용하여 작업 대상물에 구멍을 뚫거나 혹은 나사못을 작업 대상물에 체결하는 작업을 진행시에 샤프트(100)의 회전 속도를 증가시켜 작업 속도를 향상시키기 위하여 BLDC 모터(200)의 속도를 증가시키는 역할을 한다.

이를 위하여 전자변속부(300)는 BLDC 모터(200)에 구비된 상기 코일에 인가되는 전류량을 제어하게 되는데, 전류량을 증가시키면 BLDC 모터(200)의 회전자가 빠른 속도로 회전하게 되고 반대로 전류량을 감소시키면 BLDC 모터(200)의 회전자가 느린 속도로 회전하도록 함으로써 전자적인 변속이 이루어지도록 한다.

토크감지부(400)는 작업자가 작업 대상물에 구멍을 뚫거나 혹은 나사못을 작업 대상물에 체결시에 BLDC 모터(200)와 연결된 샤프트(100)에 작용하는 토크를 감지하는 역할을 한다.

토크감지부(400)에서 감지되는 토크가 설정치 이하로 떨어질 경우에 샤프트(100)가 제대로 회전 구동하지 못하여 전동공구를 이용한 작업이 원활하게 진행되지 않기 때문에 기계변속부(500)에 의하여 기계적 변속이 이루어지도록 한다.

BLDC 모터(200)의 코일에 인가되는 전류량을 제어하여 회전자의 회전 속도를 조절하는 전자적인 변속과는 달리 기계변속부(500)에 의하여 수행되는 기계적 변속은 기어박스의 내부에 구비된 복수의 기어들 사이의 기어비를 기계적으로 변경함으로써 샤프트(100)에 작용하는 토크를 증가시킬 수 있다.

이러한 기계적 변속을 통하여 샤프트(100)에 작용하는 토크를 증가시킴으로써 전동공구를 이용한 원활한 작업이 진행되도록 할 수 있게 된다.

그리고, 이러한 기계적 변속이 완료되어 작업이 진행되면서 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치를 초과하게 되면 임팩트 모드로 전환되도록 하는 임팩트 모드 전환부(600)가 더 구비되어 있다.

임팩트 모드 전환부(600)는 작업 대상물과 샤프트(100)의 단부에 구비된 비트 사이의 마찰력에 의하여 샤프트(100)에 작용하는 일정한 토크로는 작업이 진행되지 못할 경우에 임팩트 모드로 전환시키는 역할을 한다.

임팩트 모드가 사용되는 예시로는, 차량의 타이어를 장착하기 위하여 볼트에 나사를 조일 경우에 견고한 나사의 체결을 위하여 샤프트(100)에 작용하는 토크가 순간적으로 설정치 이상으로 초과되도록 하여 반복적으로 상기 나사에 체결력을 가하는 경우가 대표적이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구를 제어하는 과정은 다음과 같다.

우선, 전원이 인가되면 샤프트(100)가 BLDC 모터(200)의 구동에 의하여 회전이 이루어져 작업 대상물에 대한 작업이 시작된다.

작업 대상물에 대한 작업을 진행시에 더욱 신속한 작업을 위하여 샤프트(100)의 회전 속도를 증가시킬 필요가 발생하게 되면 전자변속부(300)에 의하여 전자적인 변속이 이루어지게 된다.

이러한 전자적인 변속에 의하여 전동공구를 이용한 작업이 진행됨과 동시에 토크감지부(400)에서는 샤프트에 작용하는 토크가 지속적으로 감지된다.

그 후, 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치 이하로 떨어지게 되면 원활한 작업의 진행을 위하여 기계변속부(500)에서 기어박스의 기어비를 기계적으로 조절하여 기계적 변속이 이루어지도록 하여 샤프트(100)에 작용하는 토크의 크기를 증가시킴으로써 지속적인 작업이 이루어지도록 한다.

그리고, 작업이 진행되면서 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치를 초과하게 되면 임팩트 모드 전환부(600)에 의하여 임팩트 모드로 전환되어 설정치를 초과하는 토크을 이용하여 작업이 이루어지도록 한다.

작업이 완료되어 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 상기 임팩트 모드가 해제되도록 함으로써 전동공구를 이용한 후속 작업이 가능하도록 한다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

100 : 샤프트 200 : BLDC 모터
300 : 전자변속부 400 : 토크감지부
500 : 기계변속부 600 : 임팩트 모드 전환부

Claims (5)

1. 일측 단부에 비트가 고정 결합되는 샤프트(100)와;
   상기 샤프트의 외주면에 고정 결합되는 회전자와, 상기 회전자를 회전시키기 위한 유도 기전력을 발생시키는 고정자로 이루어지는 BLDC 모터(200)와;
   상기 회전자의 회전 속도를 감지하여 상기 회전 속도 따라 전자적인 변속이 이루어지도록 하는 전자변속부(300)와;
   상기 샤프트에 작용하는 토크의 크기를 감지하는 토크감지부(400)와;
   상기 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 기계적인 변속이 이루어지도록 하는 기계변속부(500)를;
   포함한 것을 특징으로 하는 전동공구.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기계변속부(500)에서 기계적인 변속이 완료된 후에 상기 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치를 초과하게 되면 임팩트 모드로 전환되도록 하는 임팩트 모드 전환부(600)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 전동공구.
3. 제1항 또는 제2항에 따른 전동공구를 제어하는 방법으로서,
   전원이 인가되어 상기 샤프트(100)가 상기 BLDC 모터(200)의 구동에 의하여 회전구동하는 제1단계와;
   상기 샤프트(100)의 속도를 감지하여 일정 속도 이상이 되면 전자적인 변속이 이루어지도록 하는 제2단계와;
   상기 토크감지부(400)에서 상기 샤프트(100)에 작용하는 토크를 감지하는 제3단계와;
   상기 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 상기 기계변속부(500)에서 기계적인 변속이 이루어지도록 하는 제4단계를;
   포함한 것을 특징으로 하는 전동공구 제어방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제4단계 이후에 상기 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치를 초과하게 되면 임팩트 모드로 전환되는 제5단계를 포함한 것을 특징으로 하는 전동공구 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제5단계 이후에 상기 토크감지부(400)에서 감지된 토크가 설정치 이하가 되면 상기 임팩트 모드가 해제되는 제6단계를 포함한 것을 특징으로 하는 전동공구 제어방법.

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