九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於1電動手工具之扭力控制裝置，尤指—種應用於電 動手工具’及具有扭力同步回饋控制，以輸出目標值扭力驅動電動手工且 旋轉之扭力控制裝置。 【先前技術】 按，習知之電動手工具廣泛應用於螺絲、螺釘、螺检等元件之旋轉上 鎖或卸除齡場合，特暇在於某些複雜汽車產品捕賴械產品上之不 同型號或型式之_、螺釘、螺栓等零件社鎖或卸雜作過程中，需要 不同的旋触力值以使此麵絲、螺釘螺栓可㈣當絲及卸除操作。 上述習知之電動手工具於實縣作_、螺釘、螺栓等元件之旋轉上 鎖或却除之過財’並無法有效及精準控㈣動手王具之轉軸輸出之扭 力，使螺絲、螺釘、螺栓等元件無法以適當扭力上鎖或卸除，扭力過大則 會導致螺絲、螺釘、螺栓等元件崩牙斷裂或使對應鎖合之觀内之螺牙崩 牙知壞’扭力;M、難法使獅 '螺針、螺栓等元件被上鎖鎖緊或順利卸 除’嚴重轉絲手：!!具賴作品質。 在相關之先前專利文獻方面，如中華民國專利公報第廳節號「電 動工具之電賴輸恤力敎裝置」_專_，揭示—種機械式變 連盤及減韻置觸紅扭力鎖找置，使鶴衫具之崎賊結構變 4複雜’機械故障之機會變多，且使製造成本偏高，並且該扭力鎖定裝置， 並·..、法針對實際獅、螺域螺栓上鎖或卸除之輸出扭力狀奸以調整至 目標或適當之扭力佶。 【發明内容】 【發明内容】 置，特別是·電動手n在提供—種電動手工具之扭力控制裝 緣此’本發明之主要目 以實際回饋電動 件、訊號連結環、若f之實際輸出扭力經由—扭力感測元 艰計域掏取辑予以同步偵測檢出， 手工具之扭力輸出狀態。 本發仅再目的’ g卩是錢供—種電動手 測—結 動紐際輸出扭力值以精確機電動手卫具巾之電動馬達及驅 二輸:扭力值至目標值’使電動手工具對螺絲、螺釘或螺栓之上鎖或卸 除可以適當扭力予以操作。 為達上述之目的’本發明之電動手卫具之扭力控繼置其卜係包 含-驅動軸、至少1扭域測元件、訊號連結環、若干信號縣元件及 至少-控制電路，其中’該驅動轴設於—電動手工具内部，—端連結電動 手工具之電動馬達，另—端連結—_卫具元件，扭力朗元件結合於驅 動抽表面’ _測驅動轴之扭力值訊號，該峨連結環結合於驅動轴，該 訊號連結環上設有若干導體環，該導體環與制元件連結，該信號操取元 件設於電動手工具上，並接職訊號連結環之各導體環，以拾取扭力感測 7L件之扭力❹刪| ’雜概路連結信賴取元件及電動手工具之電動 馬達，以根據回饋輸人之扭力制識而輸㈣#之扭力驅動電源給電動 馬達，使電動馬達輪出目標值扭力給驅動轴，以達到本發明使電動手工具 具扭力同步感測回饋及精確扭力目標值輸出控制之功效。 【實施方式】 首先請參閱第一圖、第二圖及第三圖所示，本發明之電動手工具之扭 力控制裝置100，係包含一驅動轴10、至少一對扭力感測元件20及3〇、訊 號連結環40、若干信號擷取元件51、52、53及54及至少一控制電路6〇， 1322746 其中’該驅動轴1〇設於-電動手工具200内部，該驅動轴ι〇 一端設有一 第-連結端11，第-連接端n連結電動手工具2⑽之一旋轉工具元件训， 該旋轉工具元件210之型式不限，在本發明令係以螺絲起子為例，其他如 螺絲套筒或職套筒、鑽頭等旋轉工具t屬本發明之範^該驅動抽川之 另一端設有一第二連結端12，該第二連結端12連結電動手工具2〇〇之一電 動馬達220 ’以使驅動軸1〇受電動馬達22()驅動旋轉並帶動上述之旋轉工 具凡件210進行同步旋轉，該第二連結端12與電動馬達创間之連結不限 於直接連結或間接連結，在本發财係以直接連結為例，其他如透過減速 麟或變速機構之間接連結，亦屬本發明之範_。該電動馬達22G係納置 固疋於該電動手工具2〇〇之後殼體230中。 扭力感測το件20及30結合於驅動軸1〇上，該扭力感測元件2〇及3〇 之型式不限’在本發明中係以扭力應變片（伽^奪）為例，其他等效之 扭力值感測器當屬本發明之範嘴。該扭力感測元件2〇及％可以同步感測 驅動軸10之變形扭力值，即相對該第一連結端丨1連結之旋轉工具元件2川 之實際操作扭力值，並輸出—扭力值感測訊號21幻丨（如第四圖所示 該訊號連結環40連結於驅動轴1G，以與驅動轴⑴同步旋轉該訊號 連結環4〇上設有若干個導體環4卜42、43及44，該導體環4卜42、43及 44以右干導線45及46連結該扭力感測元件2〇及3〇，以連結導引出該扭 力訊號21及31。 上述之訊號掏取元件5卜52、53及54，為導體元件分別對應連結接 觸；上述之訊號連結環4〇之導體環41、'43及Μ，以隨驅動軸1〇同步 轉動拾取上述之扭力感測元件2〇及3〇輸出之扭力值感測訊號^及3】，各 51 ' 52、53及54之固定方式不限，在本發明中係列舉設置 ;電動手工具2〇〇之前殼體23〇外部週緣（如第三圖所示），即該前殼體 卜u右干個固定座241、242、243及244,以分別提供該訊號操取元件 1322746 51、52、53及54容置固定’而此種訊號擷取元件51、52、53及54固定於 電動手工具200之前殼體240之方式並非唯一之固定方式，其他等效的固 定訊號擷取元件51、52、53及54方式，亦不脫本發明之主張範疇。 上述之控制電路60連結上述之訊號棟取元件51、52、53及54與電動 手工具200之電動馬達220 ’以回饋輸入該訊號擷取元件51、52、53及54 所拾取與驅動轴10同步旋轉之扭力感測值21及31，以使控制電路6〇根據 該扭力感測值21及31所呈現之電動工具元件21〇同步及實際扭力值而 鲁 控制電動馬達220調整輸出至驅動軸1〇之扭力值可以達到目標值，該控制 電路60之型態不限，可以為一電路板或單一積體電路型態，以將驅動轴1〇 之實際操作扭力值可以預健存或寫入該控制電路6〇中。 請再配合第四圖所示，為本發明之扭力控制裝置1〇〇中之控制電路6〇 之第一實施例，其中，該控制電路60包含一類比/數位轉換電路61、微處 理器62、按鍵組63、驅動單元64、顯示界面65、警報單元66及電源單元 67 ’該類比/數位轉換電路61連結該訊號擷取元件51、52、53及54，以 輸入扭力感測元件20及30輸出之扭力值感測訊號21及3丨，並將此類比之 扭力值感測訊號21及31轉換成對應的扭力值數位資料611輸出。 ® 上述之微處理器62，連結該類比/數位轉換電路61，以輸入扭力值數 位資料611 ’該微處理器62具有扭力值計算、扭力目標值比對、顯示驅動、 控制指令接收及執行、警報輸出、馬達控制訊號輸出及低電力警報等功能， 藉以計算扭力值數位資料611及比對目標值而輸出對應之一馬達控制訊號 621輸出，以及相對應之一顯示訊號622，如該扭力值數位資料611接近預 設目標值，如最大扭力值或扭力臨界值或低電力時，則輸出一警報訊號⑵。 上述之按鍵組63，連結微處理器62，以輸入模式自動/手動選擇操作、 標位設定'扭力值設定、電源及啟動'顯示切換等控制指令、使微處理器 62執行相對的控制命令》 丄J厶厶 ㈣ο述之驅動單疋64連結微處理器62及上述電動手工具200之電動气 達220，以接收微處理器 Κ电動馬 旋轉驅動該驅動轴10輪出^之馬達控制訊號621 ’而控制電動馬_ 路明，輸4對應之扭力。該驅動單元64之型式不限，在本 該PWM馳^ PWM驅動器641及—光電隔離駆動界面642構成為例， 被621 ft 641連結微處理11 62 ’以根據微處理器62輸出之馬達控制 3二ΓΓ(脈波寬度調變)方式輸出一驅動訊號键，該光電隔離
°PWM驅動器641及電動馬達22G，以根據驅動訊號641A 驅動方式藉由小電力驅動大電力運轉之電動馬達220。 ^述t顯轉面&連結顺㈣62及-顯㈤651讀據微處理器 —知丁訊號622而輸出顯示手動/自動操作狀態、扭力輸出值、擔 疋力奴值、電力狀態及警報狀態等顯示訊息給顯示器65卜該顯 ^ ^'式不限本發明係以LCD顯示器為例，其他如LED顯示器 亦不脫本發明之範轉。 述之s報單it祕連結微處理器62，以根據微處理器62輸出之警報 訊號623 ’以輸出警報’該警報單元祕之型式不限，本發明係以一警報驅
界，蜂烏器662及LED警示燈663構成為例，該警報驅動界面661 連結微處理器62以根據警報訊號623而驅動蜂鳴器俯發聲及使UD警 示燈663發亮。 上述之電源單元67，提供上述類比/數位轉換電路6卜微處理器62、 按鍵組^、驅動單元64、_界面&、警報單元％所需之直流工作電源， 該電源單το 67之型式不限’在本發明中係以一電源元件671及低電源指示 器672構成為例，該電源元件奶為直流電池或電動手工㈣〇之電池， 以作為直流電源之供應來源’該低電源指示器672連結於電源元件671及 微處理驗間，以於電源元件671於低電力狀態下，輸出一低電力訊號㈣ 給微處理器62 ’使微處理器62輸出對應低電力之警報訊號奶。 V； ς ) 9 1322746 請再參閱第五圖所示，為本發明之控制電路60之第二實施例，其中， 與第四圖顯示之第一實施例差異之處，係在於一記憶體68及一 USB界面 69連結微處理器62，該記憶體68可供儲存預設扭力值、不同擋位扭力值、 各種不、魏之縣、螺釘及螺栓之最A或最佳上鎖、卸除操作扭 力值，該USB界面69提供以桌上型電腦、個人資料辅助器(pda)、筆記型 電腦或手機透過USB界面連結編輯傳輸更新預設扭力值、不同擋位扭力 值、各種不同型式、型號之螺絲、螺釘及螺栓之最大或最佳上鎖、 作扭力值等資料之功能。 、 配合第六®及第七圖所示，為本義之扭力控繼置丨⑻的較佳應用 例，其中，第六圖顯示該控制電路6〇之按鍵組63具有一按鍵631、632、 633、纪4及635，分別代表電源、模式選擇、設定、向上及向下等操作按 鍵’以用來輸人模式自動/手動選擇操作、擋位設定、扭力值設定、電源 及啟動、顯示切換等控制指令，第六圖中所顯示之顯示器⑹之畫面，係 規劃有-電源顯示區塊651A、模式顯示區塊651B、數值顯示區塊6MC、 狀態顯示區塊651D及警報顯示區塊651E，以相對顯示電源、模式選擇' 數值、操作狀態及警報等狀態。 第七圖顯示該-驅動轴1〇、至少一對扭力感測元件2〇及3〇、訊號連 結環40、若干信號操取元件5卜52、53及％及至少一控制電路6〇均納置 於電動手工具200之後殼體230及前殼體24〇内，可以整合於原有習知之 電動手工具中’不會增加體積，可以使該電動手工具2⑽整體具備上述本 發明所述之自滅手祕倾式，並且，該電動手工具外部所設置之 啟動開關250 ’可以納入上述控制電路6〇之按鍵組63中，以觸發啟動操作 該電動手工具200,並且，該控制電路⑼並不一定要納入該電動手工具2〇〇 内部，也可以是獨立於電動手工具2〇〇外的單元裝置。 酉己合上述第六圖及第七@之本發明之扭力㈣裝置丨⑽應關，兹列 1322746 舉本發_操作及顯示模式如下伽_本_之功效，其巾，在操作模 式方面，本發a月之扭力控讎I i⑽具有自缺手動兩種操作模式，如以 自動操倾式為例，透過按鍵632來設定為自動操作赋，並以按鍵⑽ 及635來上、下設定不同稽位，該檔位為不同轉速標位或不同扭力標位， ，時只需Μ按按鍵⑻蚊鍵-次，即可自動藉由該微處理器&配合驅動 早兀64來驅動電動馬達22〇驅動該驅動轴1〇旋轉電動工具元件2⑴並藉 由該扭力細元件2G及3G、訊號連結環4G、若干健擷取元件51、幻、曰 53及54目饋輸入實際扭力值給微處理胃62，以膽該輸出扭力值至各標 位之最大值為止’該扭力最大值即鎖緊或卸除螺絲、螺釘或螺栓之最大扭 力值’即輸出扭力值達到最大值時，則由微處理器62輸出馬達控制訊號⑵ 給驅動單元64骑電動馬達22G㈣斷制車，使_、财或螺检之上 鎖或卸除恰到好處而不會有施力騎之情形，以確保上鎖或卸除之螺絲、 螺釘或螺栓及對應之螺孔之螺牙可受到完善之保護。 在上述自動操作模式下，輸出扭力至最大值賴時，該微處理器62透 過警報訊號623輸出給警報單元66，使警報單元祕以警報驅動界面661驅 動蜂鳴器662發出聲響示警及驅動LED |示燈紛顯示示警讓使用者得 以藉由聲光警示功能得知螺絲、螺釘或螺栓之上鎖或卸除完畢之訊息而 得以進行下一個螺絲、螺釘或螺栓之上鎖或卸除操作。 另外，當處於手動操作模式下，透過按鍵632來設定為手動操作模式， 此手動模式並紐位設定功能，此時必需剌持按如第七圖所示之啟 動按鍵250’方可由該微處理器62配合驅動單元64纟驅動電動馬達22〇驅 動該驅動轴10旋轉電動工具元件21〇，並藉由該扭力感測元件2〇及3〇、 訊號連結環4G、若干織麻元件5卜52、53及54回麟人實際扭力值 給微處理II 62，以調整該輸出扭力值至各齡之最大值為止，即上述鎖緊 或卸除螺絲、螺釘或螺栓之最大扭力值，當輸出扭力值達到最大值時則 11 由微處理$ 62輪&馬達控舰號621純動單元64轉賴馬達220即 時斷電㈣車’ _達到與自動操作模式中使螺絲、螺釘或螺栓及對應之螺 孔之螺牙於上鎖或卸除操作過程受到完善保護之功效。 在上述手動操作模式中，當輸出扭力至最大值的同時 ，該微處理器62 透過警報訊號623輸出給警報單元66，使警報單元66以警報媒動界面661 驅動蜂嗔器662發出聲響示警及驅動LED警示燈663顯示示警，同樣達到 讓使用者得轉由聲光警示魏而得知_、敎·栓之上鎖或卸除完 畢訊息之警示功效。 在顯示模式方面’則具有峰值（peak)顯示模式及追蹤(track)顯示模式， 可以藉由按鍵《2 g&合按鍵纪4及纪5來選擇及切換何種顯示模式，無論 處於何種顯示模式，均會在電麵示區塊651A、模式顯示區塊65lB、狀態 顯不區塊651D及警報顯示區塊651£等部健示侧的電源、模式選擇、 操作狀態及警報等齡雜，唯—獨之處，乃在於峰錢賴式下該 數值顯示區塊651C僅會透過微處理器62輸出之最終顯示訊號622，而顯 示最大扭力值，即上賴絲、螺釘或螺栓之上鎖或卸除之最大扭力值；如 處於追蹤顯7F模^，舰數鋪示區塊651C舰職處理^ 62隨時輸出 之顯不訊號622而同步顯示螺絲、螺釘或螺栓之上鎖或卸除之即時(real TIME)操作扭力值’提供給使用者作同步監視之用。 以上第六圖及第七圖賴示本個之扭力控織置丨⑽之顧與操作 狀態說明’係僅為便於闡釋本發明功效的應關之…並非用來限制本發 明之範圍。 第一圖〜第七圖所示本發明之電動手工具之扭力控制裝置，其中所揭 露之相關說明及圖示，係僅為便於闡明其發明技術内容及技術手段，所揭 示之較佳實施例之一隅，並非用以拘限其範疇。並且，舉凡一切針對本發 明之技術、裝置、元件細部修飾、變更及等效替代者，當不脫離其發明精 12 丄 神及範4 ’其範®將由以下_請專職®來界定之。 【圖式簡單說明】 第圖為本發明之電動手工具之扭力控制裝置之立體結構圖； 第=圖為本發明之電動手卫具之扭力测裝置之驅動轴讀外觀結構圖； 第-圖料-分解結構圖，顯示本發明之電動手卫具之扭力㈣裝置結合 電動手工具殼體之結構； 第四圖縣發明之電動手工具之扭力控職置巾之測電路第—實施例之 _ ^'塊電路圖； 第五圖係本發明之電動手工具之扭力控讎置之控㈣路第二實施例之方 塊電路圖； 第/、圖係本發明之電動手卫具之扭力控制裝置之控制電路之按鍵組及顯示 器之較佳應用例圖； 第七圖為-側視圖，顯示本發明之電動手工具之扭力控制裝置之控制電路 與電動手工具結合之較佳應用例。 • 【主要元件符號說明】 10驅動轴 12第二連結端 21及31扭力值感測訊號 41〜44導體環 51〜54訊號擷取元件 61類比/數位轉換電路 62微處理器 622顯示訊號 63按鍵組 100扭力控制裝置 11第一連結端 20及30扭力感測元件 4〇訊號連結環 45及46導線 60控制電路 611扭力值數位資料 621馬達控制訊號 623警報訊號 13 1322746 631〜635按鍵 641 PWM驅動器 642光電隔離驅動界面 651顯示器 651B模式顯示區塊 651D狀態顯示區塊 66警報單元 662蜂鳴器 67電源單元 672低電源指示器 68記憶體 200電動手工具 220電動馬達 240前殼體 250啟動開關 64驅動單元 641A驅動訊號 65顯示界面 651A電源顯示區塊 651C數值顯示區塊 651E警報顯示區塊 661警報驅動界面 663 LED警示燈 671電源元件 672A低電力訊號 69 USB界面 210旋轉工具元件 230後殼體 241〜244固定座