TW417124B - Variable speed control switch for direct current electric power tools - Google Patents

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經濟部智慧財產局具工消t合作社印製 f 417 124 A7 ί. ___B7_____五、發明說明（/ ) 本發明有關用於直流電動機的變速控制；而更特別的 是，有關藉由電動機所驅動的手握操作、電池動力之工具 0 手握式電動工具，例如電動鑽孔工具以及乾壁式(dry-wall) 螺絲起子， 其使用直流電動馬達來轉動工作頭 ，藉以 從事鑽孔或轉動螺絲釘。這些電動工具通常具有手槍狀的 柄把，而柄把則設有工具使用者手動操作的扳機，且其所 操作的馬達速度由使用者按壓扳機的程度來控制。如此允 許依照工具特殊的應用來改變鑽孔或螺絲起子頭的速度。 例如，能夠以相應所要鑽孔的材質之硬度，來控制鑽孔頭 的速度；例如，材質越硬，則鑽孔頭應轉動得越慢。 反彈偏至關閉位置的扳機機械地連接到一個開關，其 開關依照使用者從關閉位置放開扳機而關閉。扳機同樣機 械地連接到速度控制電路中電位計的一個電刷(wipe〇，並 且以扳機的動作來改變電位計的電阻値°以相應電位計電 阻値的改變，其控制電路的型式藉由脈波寬度來調變供糸α 馬達的電流。換言之，以具有青仟调期的脈波形式提供電 流，且可改變其責任週期來控制馬達的速度。責任週期越 大，則電流的脈波越長，而且馬達操作的速度越快。 板機運作著速度控制開關的數個接頭，而隨著提供工 具速度的平穩控制，則需要簡潔扼要並且成本實際的開關 裝--------訂---------線 ί請先閱讀背面之注意事項填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Al規格<210x297公爱） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’JD 1 7 1 A7 --— 五、發明說明（>) 本發明之槪置· 本發明大體上的目的乃是提供由直流馬達所驅動的手 握式電動工具之變速控制電路。 另一個目的則是提供變速控制電路一種簡要的多功成 動作開關。 _ 本發明進一步的目的乃是提供具有單一可移動的接頭 之開關，對馬達運作的不同模式而言’其接頭持續地嚼合 多數個的靜止不動的接頭° 藉由包含一個具有一系列靜態接頭的動作開關之控制 電路，來達到這些與其他的目標。設置第一個電池接頭’ 連接到電池的第一端。速度控制接頭鄰接於第一個電池接 頭，並且藉由一個固態的開關裝置而連接到馬達的第一端 。一個輔助接頭鄰接著速度控制接頭，並且連接到馬達的 第一端，用以輔肋固態開關裝置。動作開關同樣也具有第 二電池接頭，鄰接於輔助接頭，而連接到電池的第二端。 一個可移動的接頭，以在一個方向上的移動，持續地將第 一電池接頭連接到輔助接頭，並連接速度控制接頭與第二 電池接頭，而且連接輔助接頭與第二電池接頭。 在本發明的較佳實施例中，沿著一條直線設置第一個 電池接頭、速度控制接頭'輔助接頭以及第二個電池接頭 。其實施例同樣也具有電氣隔離材質的翼肋(rib)，設置於 第一電池接頭和速度控制接頭之間。翼肋隔開各個接頭， 藉以避免可移動的接頭同時碰觸所隔開的接頭而產生短路 現象。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A丨規格（2〗〇 X 297公芨） ! ^---— It---------^ (請先閱讀背面之注意事項‘填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'1农 417124 ： 五、發明說明（十） (Iff圖之簡略說明 圖1爲根據本發明的電池電動工具變速控制裝置之圖 >^* ♦ 不， 圖2爲已去除部份外殻的變速控制裝置之側視圖； 圖3爲已去除一個印刷電路板的變速控制裝置之側視 圖； 圖4爲已去除另一部份外殼的變速控制裝置之對立面 側視圖； 圖5爲沿著圖2中的直線5_5之剖視圖：以及 圖6爲電動工具所運作的電池之電氣迴路方塊圖。 本盈明之細節說明 隨著開始參照圖1 1用於電動工具所驅動的直流馬達 之速度控制裝置10具有一個電氣隔離材質的外殻12 ’其 材質例如塑膠。扳機14突出於柱體丨6上的外殼，而柱體 I6經由一個空孔*可移動出入其外殻。在扳機14的上方 爲一個方向控制手桿18,其樞軸地延伸出外殼12的另一 個空孔。藉由在樞軸上旋轉其方向控制手桿18，電動工具 的使用者能夠決定是以向前或相反的方向來驅動工具的馬 達。朝著外殼12推動扳_ !4的程度，決定馬達以所選擇 的方向轉動之速率。外殻具有一個空盤20，而金屬氧化物 場效應電晶體(MOSFET)22的容器之一部分延伸出空盤20 >以使得容器可以附於電’動工具內的一個外部散熱場所。 圖2闡述已將外殼12面部除去的變速控制裝置10 ’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSMl規络⑵0x 297公釐） — It -------It---I-----^ (請先Μ讀背面之注意事項，填寫本頁) A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（叱） 用以觀視其內部零件的裝配。速度控制手桿1 8具有一中間 的銷栓24，其連接著手桿丨8的外部與內部的手桿部份26 。內部的手桿部份26運作雙刀雙擲(DPDT)方向控制開關 28的接頭，用以控制著直流電流從電池流經電動工具馬達 的方向，以及馬達因而轉動的方向。方向控制開關28更爲 詳細地顯示於圖3和4中’且在圖4中顯而易見地連接到 一對馬達終端31和32。 接著繼續參照圖2-4 ’―個壓縮彈簧30將扳機柱體16 偏移出外殼12*而至電動工具關閉狀態的正常位置。扳機 柱體16的內端具有一個接頭搬動裝置32。用於變速控制 電路10的電位計64之電刷34設置於接頭搬動裝置32的 側邊(觀視圖3)，使得電刷34隨著扳機的按壓和放鬆，於 外殼12中就近移動。位於電刷34 —邊的接頭33，磨擦著 一個在所示的印刷電路板36表面上之金屬導體，其設置於 圖5的外殻中’而位於另一端的接頭35則跨於印刷電路板 的防護外層。 參照圖4和5，支托著動作開關39之可移動或紐帶的 接頭38，位於扳機接頭搬動裝置32的相對面上。如圖5 所示的，依照扳機Μ的位置，可移動的接頭38連結—組 四個各不相同的靜態接頭40、41、42和44與其接頭搬動 裝置32。正極的靜態接頭40連接到變速控制電路正的電 池端46，而負極的靜態接頭44則連接到變速控制電路負 的電池端4S。隨著扳機Μ栘向外殻]2 ’接頭搬動裝置32 麵可移_接頭38㈣於__關麵.44，如同 紙尺&用中國國家標準〇^^)/\4規格（2〗(^^^^----- — Jlllli — J — · * I I I I I I I 訂-1 — — — — — — · (請先閱讀背面之注意事頂.填寫本頁) 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 Γ 乂 .. ： Α7 _ Β7_______ 五、發明說明（< ) 所將要說明的° 如圖6所示的，變速控制電路10電氣地連接到手握式 電動工具的其他組件。特別的是’電池52連接橫跨於電池 的終端46和48，而DC直流馬達54則連接於馬達終端31 和32。兩馬達終端3】和32由DPDT馬達方向控制開關28 個別的開關節段所連接。隨著其他的靜態接頭連接到一個 中節點51，每一個開關電極的一個靜態接頭連接到正的電 池端46。一自由旋轉二極體(free wheeling diode)50以逆偏 壓方向，連接於正電池端和中節點之間。 MOSFET 22的源、汲極傳導路徑連接於中節點51和 電路的接地節點80之間。電路接地節點80連接於馬達工 作開關3 9的靜態接頭4 1 ’其中的靜態接頭41稱之爲速度 控制(SC)接頭。馬達工作開關39另一個靜態接頭42則稱 之爲輔助（BP)接頭，並且直接連接到中節點51 °如同其中 所使用的，用語”直接連接”以及”用來直接連接於”乃是指 具有可忽略阻抗的電氣連接。 變速控制電路10其餘的組件設置於印刷電路板36上 。特別的是，建構於一對反相器61和62周圍的一個振盪 器60包含電位計64，而其電位計64具有設置於板機14 的接頭搬動裝置32上之電刷34。隨著扳機的電刷34之移 動改變由振盪器的電位計64以及固定電阻66和68所形成 之分壓器。此一動作改變振盪器的責任週期’即是改變在 輸出線70上所產生的脈波之寬度。 振璗器的輸出信號供給四個並聯而具有共同輸出的反 _______7 ________ U艮尺度適用中國國家標準（CNS)/V丨規格（2】〇χ297公釐） ί 裝--------訂·！------線 (請先閱讀背面之注意事項，填寫本頁} 417124 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（[;) 相器72、73、74和75之輸入端’四個反相器的共同輸出 端則藉由電阻78連接到MOSFET 22的閘極。並聯連接的 反相器72-75充當具有多重裝置的電流放大器，用來降低 來源的阻抗，藉以驅動MOSFET 22。雖然在用來驅動 MOSFET的電路之特有方式中，使用了反相器，卻仍然可 以使用其他型式的緩衝器或放大器。 變速控制電路丨〇的各個反相器61、62和72-75皆連 接到電源供應器82，而電源供應器82從位於終端46的正 電池電壓，驅動供應的電壓VDD。 在使用者操作變速控制電路】〇之前，彈簧30將扳機 裝置14推至完全向外的位置，扳動可移動的連結接頭38 至關閉的位置，其闡述於圖5和6中。在這些圖中，當使 用者第一次壓下扳機時，扳機14的接頭搬動裝置32則以 箭頭84所示的方向，來扳動可移動的接頭38。隨著可移 動的接頭38移動至正極側以及輔肋靜態接頭40和42，可 移動的接頭38跨於一對突出外殼12的隔離突出物86和 88之上。此一移動分開了可移動的接頭38與靜態接頭40-44，以使得鄰接的靜態接頭之間的間隙將不被可移動的接 頭所連結。所以’在移動的位置中，可移動的接頭不會將 所有的四個靜態接頭40-44短路在一起。扳機μ進一步的 壓下動作會移動可移動的接頭38移至速度控制接頭4丨和 負的電池接頭44。此時負端48連接到變速控制電路1〇的 接地節點S 〇，且電能則供給電路的組件。 在扳機14所移動的此點上，電位計64的電刷34呈 _ 8 Μ-------------!線 〈請先閲讀背面之注意事項..填寫本頁) 本紙張尺度適用中S國家標準（CNS)/V1規格)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印柄取 五、發明說明（ΐ ) 現初始位置，而其初始位置會導致振盪器60在每一個振邊 器週期期間中，產生具有相對爲長的正脈波之輸出信號 當藉由並聯連接的反相器72-75將振盪器的輸出信號反相 時，則在每--個信號週期期間中，節點76會產生具有相對 爲短的正脈波之輸出信號°當此一因而產生的信號供給 MOSFET 22的閘極時，則在相對爲長的非導通期間所間隔 的短暫期間中，電晶體將會導通。所以馬達54接收到電流 的短脈波，而以相對爲慢的速度轉動。依照將要闡述的向 前位置，藉由方向控制開關28的位置來設定其移動的方向 隨著使用者壓下扳機Μ深入外殼12.，電位計的電刷 34之移動會改變振盪器00的責任週期，而在節點70產生 較短期間的正脈波。藉由反相器72-75將這些脈波反相， 則在節點76會產生增爲較長的正脈波，而其中增爲較長的 正脈波會導通MOSFET 22 —段較長的期間。因此馬達的 速度隨著使用者深入地按壓扳機而增加。在此一操作模式 期間中，可移動的接頭38以箭頭84所指的方向持續移動 ，而橫跨於速度控制靜態接頭41和負靜態接頭44的表面 〇 最終，馬達58的速度增加到幾乎是最大的速度時，在 此點上可移動的接頭38之一端連結著速度控制接頭41和 輔助接頭42之間的間隙C，觀視圖5。所要注意的是，在 這些接頭之間的間隙45並不具有相似於其他對接頭40-44 的突出物86和88之突出物。這是由於從變速控制至操作 9 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)Al規i各（210x 297公釐） -------I I--I I --i I I ί I (諳先間讀背面之注意事項填寫本頁) A7 417124 ____B7_______一 五、發明說明（έ) 輔助模式，希望能有平穩的轉換，而其中的電池終端直接 連接跨於馬達54。 當扳機完全地壓下時，可移動的接頭3S連結輔助的靜 態接頭42至負的靜態接頭44上。如此便直接地連接電池 52的負端48至馬達54 —側之上的中節點51。馬達的另一 側則一直直接地連接著正的電池端46。在輔助模式中’從 其他的接頭40、42和44上分開速度控制靜態接頭41 ’並 且從振盪器6〇和並聯連接的反相器上移開電源。因 此在輔助模式中，隨著藉由接頭42和44連接的輔助’而 關閉了 MOSFET22。 隨著使用者放鬆扳機，以致扳機移離外殼12 ’而逆# 處理速度的控制。在此一情況下，以箭頭84所指相反的方 向扳動可移動的接頭38，並且從連結靜態接頭42和44的 位置，移至再一次連接速度控制靜態接頭4丨和負靜態接頭 44的位置上。在此一狀態中，電源再一次供給振盪器以及 供給並聯連接的反相器7175。進一步地放鬆扳機’而以 相反於之前所說明的增加速度之操作，則會導致馬達的速 度降低。 最後扳機到達向外扳動的終點’其時可移動的接頭38 連結著正極性和輔助的靜態接頭和42，如同圖6中所 闡述的。在馬達動作開關39的此一位置中’從變速控制電 路丨〇分開負電池端48，並且將馬達釋能。此外’藉由可 移動的接頭38連結靜態接頭40和42的動作’會產生馬達 終端31和32之間的低電阻路徑，藉以利用在馬達54中所 -------------I------it-------I 1^. (請先閱讀背面之注意事璆.填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A.丨规格（210 X 297公釐） ^7^24 1 A7 --2Z--__ 五、發明說明（f ) 產生的返回EMF(back EMF)，來使馬達煞車。因此，當進 入關閉狀態時，本電路提供馬達54動態的煞車動作。 儘管注意在本發明的觀點中之各種替代物’之前的說 明主要乃是針對本發明的較佳實施例。可預知的是，在本 領域中的習知人員從本發明較佳實施例的揭示，將很能了 解到顯而易見的外加替代物。所以，本發明的觀點應該由 以下的申請專利範圍所決定，而不侷限於以上的揭示。 ------------裝 ------^----I!線 (請先間讀背面之注意事泸填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（·210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 其中的第^ 則連接到霸: 3‘如 進一步ίΐ ^ί; ^17124 六、申請專利範圍 1·種用於直流電動馬達（54)的變速控制器（10)，由電 池（52)提供電能的直流電動馬達（54)連接到固態切換裝置 (22)，該變速控制器具有一個馬達動作開關（28)，該變速控 制器（10)包含： ' 第一電池接頭(4〇),用來連接電池（52)的第一端(46); 速度控制接頭（41)，相鄰於第一電池接頭’並且用來 提供電流給固態切換裝置(22); 輔助接頭(42)，相鄰於速度控制接頭，並且直接連接 到直流電馬達； 第一電池接頭(44)，相鄰於輔助接頭，並且連接到電 池(52)的第二端(48):以及 可移動的接頭(38)，從可移動接頭(38)連接第一電池接 頭(40)與輔助接頭(42)的第一位置，以一個方向移動至可移 動接頭(38)連接速度控制接頭(41)與第二電池接頭(44)的第 再移動至可移動接頭(38)連接輔助接頭(42) 頭(44)的第三位置。 申請專利範圍第1項之變速控制器（1〇)， 池接頭連接到電池的正端，而第二電池接頭 負端。 令申請專利範圍第I項之變速控制器（10)， :電氣隔離材質的第一個翼肋（86)，位於第 電池接ttf40)和速度控制接頭(41)之間，其中第一翼肋避 免可移動的接頭同時碰觸到第一電池接頭和第二控制接頭 肋（88)，位於輔助接頭 ί II —11—!· ·1111111 ^ ' — — — — III — l· I l· (請先間讀背面之注意事τ 填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

   本紙張尺度適用中Θ國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 : 7 : 經濟部智慧財產局員工消費合作社印袈 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (42)和第二電池接頭(44)之間，其中第二個翼肋避免可移動 的接頭同時碰觸到輔助接頭和第二個電池接頭。 4. 如疗申請專利範圍第i項之變速控制器（10)， 其中的第池接頭（40)、速度控制接頭（41)、輔助接頭 (42)以及池接頭(44)設置於同一條直線上。 5. 如^^申請專利範圍第1項之變速控制器（1〇)， 其中的第一電池接頭（40)、速度控制接頭(41)、輔助接頭 (42)以及纖池接頭(44)並排爲一線。 >.如^(於申請專利範圍第1項之變速控制器（10)， 進一步±1!^嗓一個機械結構（3〇)，當變速控制爲關閉的狀 態時，用%^可移動的接頭偏移至可移動接頭連接第一電 池接頭(40)與輔助接頭(42)的位置。 7. —種用於直流電動馬達(54)的變速控制器（10)，其中 的直流電動馬達（54)連接到由電池（52)供應電能的一個固態 切換裝置(22)，該變速控制包含： 使用者可操作的部份（14，16)，具有一個接頭搬動裝 置(32); 第一個電池接頭(4〇) ’用來連接電池（52)的第一端(46) 速度控制接頭（41) ’相鄰於第一電池接頭，並且用來 提供電流給固態切換裝置(22); 輔助接頭（42) ’相鄰於速度控制接頭，並且直接連接 到直流電馬達； 第二電池接頭(44) ’相鄰於輔助接頭’並且連接到電 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A‘l規格（210x 297公茇） 11 I I ! I 訂· -------I —» (諳先閱讀背面之注帝Μφ^./·填寫本頁)

   417124 I __ D8 六、申請專利範圍 池(52)的第二端(48):以及 可移動的接頭(3S)，附於接頭搬動裝置(32)，從可移動 接頭(38)連接第一電池接頭(4〇)與輔助接頭02)的第一位置 ’以一個方向移動至可移動接頭(38)連接速度控制接頭(41) 與第二電池接頭（44)的第二位置，且之後再移動至可移動 接頭（38)連gai助接頭(42)與第二電池接頭(44)的第三位置 8. 如申請專利範圍第7項之變速控制器（1〇)， 其中使用作的部份（M，丨6)包含扳機（14)以及將扳機 (14)連接搬動裝置(32)的柱體（16)。 9. 如泠申請專利範圍第7項之變速控制器（1〇)， 進一步地醫t—個電位計（64)，至少部份形成於印刷電路 板(36)上，^有一個附於接頭搬動裝置(32)上的電刷(34)， 並且磨擦著印刷電路板。 10. 如^^申請專利範圍第9項之變速控制器（10)， 其中的可稻_¥頭(38)設置於接頭搬動裝置(32)的一邊上， 而電刷(34)|理:置於接頭搬動裝置(32)的對邊上。 11. 如申請專利範圍第7項之變速控制器（10)， 其中的第一個電池接頭(4〇)、速度控制接頭(41)、輔助接頭 (42)以及第接頭(44)並排爲一線。 12. 如歹申請專利範圍第7項之變速控制器（1〇)， 進一步地包_電氣隔離材質的第一翼肋（86)，位於第一 電池接頭(40)和速度控制接頭(4!)之間，其中第一翼肋避免 可移動的接頭同時碰觸到第一電池接頭和第二個控制接頭 本紙張尺度適用中00家標準（CNS>A1規格（210x 297公坌） --------裝--------訂--------線r (請先閱讀背面之注意事Γ r填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 'ill 六、申請專利範圍 :以及包含電氣隔離材質的第二翼肋（88)，位於輔助接頭 (42)和第二電池接頭(44)之間，其中第二翼肋避免可移動的 接頭同時碰觸到輔助接頭和第二個電池接頭。 Π. —種用於由電池（52)提供電能的直流電動馬達（54) 之變速控制器（10)，其變速控制包含： 第一和第二電池終端(46 ' 48)，用來連接電池（52)到變 速控制： 第一和第二馬達終端（3i、32)，用來連接馬達（54)到變 速控制； 馬達運作開關（39)，具有連接到第一電池終端(46)和第 一馬達終端(31)的第一電池接頭(40)、相鄰於第一電池接頭 (40)的速度控制接頭(41)、相鄰於速度控制接頭(41)並連接 到第二馬達終端(32)的輔助接頭(42)、相鄰於輔助接頭(42) 並連接到第二電池終端(48)的第二個電池接頭(44)、以及連 結接頭（38)，其中的連結接頭(38)可從連結接頭(38)連接第 一電池接頭(40)與輔助接頭(42)的第一位置，以一個方向移 動至連結接頭（38)連接速度控制接頭（41)與第二電池接頭 (44)的第二位置 > 且之後再移動至連結接頭（38)連接輔助接 頭(42)與第二電池接頭(44)的第三位置； 產生一個信號的振盪器（60);以及 固態切換裝置(22)，連接到振盪器(60)，並且具有連接 速度控制接題gl)與第二個馬達終端(32)的導通路徑，其中 本紙张尺度適用中S闼家榫準（CNS)A.l蚍格（2297公沒> — — — — — — — —--- I I ! I 訂-------- I (請先閱讀背面之注意事Ϊ 填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以對其信號 14.如 和不導通的反應來決定路徑。 申請專利範圍第13項之變速控制器（10) 移動的接頭 16‘如

   六、申請專利範圍 ，其中的第1池接頭(40) '速度控制接頭(41)、輔助接頭 (42)以及第ίδ肩池接頭（44)並排爲一線。 15.如〗^於申請專利範圍第13項之變速控制器（10) siM ，進一步:電氣隔離材質的第一翼肋（86)，位於第 一個電池接頭(40)和速度控制接頭(41)之間|其中第一翼肋 避免可移動的接頭同時碰觸到第一個電池接頭和第二個控 接頭；以及包含電氣隔離材質的第二翼肋（88)，位於輔 助接頭(42)fg二電池接頭(44)之間，其中第二翼肋避免可 1碰觸到輔助接頭和第二電池接頭。 申請專利範圍第Π項之變速控制器（10) 其中的連％#頭（38)處於關閉狀態的第一位置’藉以提 供跨於直流電動馬達（54)上形成煞車動作的短路。 It t I I I 11--— I I . I I------ (請先閱讀背面之注意事 ΐ填寫本頁) 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210x297公釐）