TWI335703B - - Google Patents

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1335703 九、發明說明： 2010年8月19日說明書替換頁 【發明所屬之技術領域】 尤其涉及一種用於控制電動螺 電動工具，尤其涉及一種應用 本發明涉及一種電動工具的控制方法， 絲起子的電動機轉速的方法。 本發明還涉及一種應用上述控制方法的 該控制方法的電動螺絲起子。 【先前技術】 現有的電動工具’如電動螺絲起子，通過載入的電源提供電流，來驅 動電動機轉動，從而使起子旋轉簡螺釘鎖進木板中。不醜型的螺釘具 有不同的主體直徑，或者具有不同_部形狀，如此，其鎖進同一木板中 的情形也各科目同。此外，㈣的木板由於材f關使得其硬度也不同， 如此’同-螺釘鎖進柯材質的木板中的情況也轉相同。通常在電動螺 絲起子的使用過程中’使用者需要將螺釘齡頭部貼近辑的表面，如此， 使用者需要非常小•冰注意鎖進_程，財螺釘的頭部貼近轉的表面 時控制電動機停止轉動。從而’-方面避免螺_部被過醜鎖入木板内 部’另-方面也避免螺釘頭倾不小心鎖進木板後，由於遭受過大阻力而 使電動機超載。 通常這種習知的電動卫具會設有超健護裝置。這種超餘護裝置可 以是-種機械式離合器’可在上述電流超載的情況下，使電動卫具的工作 頭與電動機_配合。制這種魄保護裝置的電動王具财會同時在其 機殼的前部設有-她力罩，即—個標有若干刻度的可赫的罩子。這些 1335703 2010年8月19日說明書替換頁 刻度用來表示電動工具工作的極限扭力槽位。使用者可預先通過旋轉扭力 罩來設定電動工具工作的極限扭力值；也就是說，當電動工具工作中輸出 的扭力矩連到或超過該預先設定的極限值時，離合器系統會自動開始工作 而使電動工具的工作頭和電動機脫離配合。此外，採用這種超載保護裝置 的電動螺絲起子也可以是在其機殼_端延伸出-個套管，該套管的前端 與電動螺絲起子的工作頭的前端基本持平。通過這種設置當螺釘鎖到的 其頭部貼到木板的表面時，套管的前端部也貼到木板的表面，再進一步鑽 •動螺釘’套管會受到木板的抵壓而使其觸動機殼内的離合器機構，從而使 •工作頭和電動機脫離配合。然、而上述機械式離合器結構都較為複雜，製造 麻煩，成本較高。 【發明内容】 本發明提供-種《^具的控制方法，其可自動確保由電動工具的工 作頭驅動的工作件到達預定位置，並且該工作件不會進一步越過該預定位 置。 本發明還触-種朗上賴财㈣f動工具，其具有電子控制元 件’可避免紅作娜_1作件在到達預定位置後進—步越過該位置。 為實現上述目的，本發明揭示的技術方案是： -種電動工具的控制方法，其中電動工具被供給電流來產生一旋轉速 度’該控制方法包括如下步驟： 測里供給電動具的隨時間⑴變化的電流⑴； 獲得所述電流對時間的—次導數（di/dt)或二次導數（d2i/dt2); 6 2010年8月19日說明書替換頁 根據所述一次導數或二次導數生成相應的控制信號；以及 根據所述控制信號降低所述電動工具的旋轉速度。 一種電動工具，包括： 電動機，用於驅動工作頭旋轉，其具有一旋轉速度； 電源’用於供給所述電動機電流； 感測器’用於測量所述電流； 控制元件，用於檢測所述電流隨時間的變化率，從而生成控制信號來 降低所述電動機的旋轉速度。 與現有技術相比，本發明通過在電動工具内增設相關的電子控制元件 來自動檢啦作頭驅動的工作件是否已到達預定位置，並且在檢測到該工 作件到達預輕置後執行相絲作，麵其不會進―步越舣預定位置。 並且’由於沒有制複雜賴械式離合聽構，使製造簡單，成本降低。 【實施方式】 本發月的控制方法可應躲多種麵的電動卫具以下主要以電動螺 絲起子為具體實施方式進行說明。 如第騎不的電_轉子工作時電流隨時刺變化曲線圖。配合 參、第四圖所7^ ’該電動獅起子2被使用者按壓以驅使·!作件14，在本 實施方式中該工作件14辆、釘，以鎖人—木板16卜由於在—般的情形 下使用者按壓電動螺絲起子2以將螺針14鎖入木板16的壓力基本上接 *里&對於其變化產生的f彡響在此可以忽略不計。在以下的說明 表不螺針鎖入木板的時間及隨之螺釘在木板中相應的位置。字 丄 2010年8月19日說明書替換頁 表不提供給t動獅起子的電械的電流以聽之相賴人在電動機 上的負載或驅動力。 第圖中的曲線包括第一部分A、第二部分κ和第三部分B。其中第一 部刀Α疋-段场鱗’其綠微的主體料獻植的過程，這段上

升曲線基本上是線性的’或者可_財讀曲和麟。緊隨著第一部分A 第部刀K可稱為轉折部分加㈤。該轉折部分κ是一個正向的曲線變 化，也就是說，轉折縣κ相對於第一部分A有向上傾斜的突變這表示 螺釘的頭部開始接觸到木板的表面。緊隨轉折部分κ的是第三部分B，其同 樣是-段基本上是線性的，或者可_微有些彎曲和波折的上升曲線。但 曲線Β要tb曲線Α闕得多。此额線即為表示斬_部_人木板16 之中的過程。 事實上’第-圖中的曲線表示的是沒有應用本發明的控制方法進行保 護的電動工具的工作情況’所以曲線的第三部分B表示此時電動工具會產 生非常高的電流而導致將螺釘的頭部鎖人木板中。因此，有必要在轉折部 分K之後採取必要的措施來避免上述產生過高電流的情形發生。 备螺釘鎖至與轉折部分K對應的位置時，繼續鎖人過程不僅會使螺釘 的頭部被過度的鎖人木板巾’ *且也可能會損壞電動機。所以，本發明可 以自動檢_轉_分K，並且在檢_該等信號之後自動採取減的預防 措施。 第二圖和第三圖將解釋本實施方式中如何檢測轉折部分κ 第二圖是第-圖中電流i對時間t求一次導數di/dt後的曲線圖。其 8 1335703 2010年8月19日說明書替換頁 中，第一圖中的第一部分A和第二部分B在該圖上相應顯示為平行於水平 坐標轴t的直線，而第二部分K則顯示為一急速上升的曲線。 第二圖是第一圖中電流i對時間t求二次導數d2i/dt2後的曲線圖。其 中，第一圖中的第一部分A和第二部分b經二次微分後數值已變為零，而 第二部分K則顯示為一開口向下的拋物線，並在拋物線的頂部區域（包含 抛物線頂點在内的一個特定區間）形成一峰值信號p。配合參照第四圖所 不，當該峰值信號p形成時，會隨之產生一個控制信號s。當然，在一較佳 的實施方式中，可預先設定一個極限值v，該控制信號s僅在峰值信號卩為 正值並且於數值上大於預設的極限值v時產生。對於本領域的普通技術人 員可輕易想到的是，該控制信號s也可在電流i對時間t作一次微分後產 生，而且配合電谷電路以過渡突波的方式，即可在檢測到一次導數大於一 預定的極限值之後即產生控制信號s，而無需再作二次微分。 第四圖所示的是應用本發明控制方法的電動工具的示意圖，以下仍以 電動螺絲起子為例進行說明。電動螺絲起子2包括驅動單元4、電源μ、 和開關20。其中驅動單元4包括電動機6，用於驅動一起子8旋轉，以將 -螺針14鎖冑木板16 +。電動機6到螺釘14之間依次通過一機械式彈簧 與離合器系統12、-卡盤1〇以及-起子8連接。當然在本實施方式中，離 合器系統12也可省去。本實施方式中，電源18是直流電源，或者是可充 電電池’可在開關20閉合時供給電動機6直流電。當然，本領域的普通技 術人員也可輕採用交魏轉代本實施方式巾的直流電源。 電源18和電動機6之間連接有電子控制裝置22和用於檢測電流的感 9 1335703 2010年8月19日說明書替換頁 測器24 °該電動螺絲起子2還包括一次微分單元26和二次微分單元28。 本實施方式中，感測器24會即時檢測供給電動機的電流i，同時生成與檢 測到的電流成-定比例的钱並傳遞給—次微分單元26 ;而後—次微分單 兀26根據電流和時間求得如第示的第—導數⑴他，同時生成一個 與該第-導數成比例的信號並進一步傳遞給二次微分單元28 ;隨後， 二次微分單元28將產生如第三圖所示的第二導數，並在預設條件產生時， 如刖述提到的當峰值信號p為正值並且在數值上大於預設的極限值v時， 生成控制威s。在本實施方式巾，該控制信號s被祕降低電動機的轉速 或中斷向賴機提供電力。也就是說，控輸號s觀於將供給電動機的 電流1減小到一個較低的水準或減至零，從而來降低電動機的轉速或使電 動機停轉H該㈣信號s也可被祕改變電流i的流向，從而使電 動機6能因反向扭矩而迅速的停下來。在本實施方式中，控制信號s會被 傳遞到電子控锻置22，而後由電侦繼置22綠行械_作，這些 動作可以疋在峰值彳§號口產生後即時產生，也可以是延遲一段時間後產生， 該延遲可以在電子控制裝置22内實現，也可以通過單獨設置的延遲單元來 實現。 如前所述，控制信號s也可以由一次微分單元26在其產生的一次導數 di/dt滿足特定斜後’ g&合-電容魏直接生成鱗遞給電子控制裝置 22來實現相應動作。 在較佳的實施方式中，電子控制裝置22可以包括一微處理器，上述一 次微分單元26、二次微分單元28、或者可能存在的延遲單元等所實現的功 1335703 2010年8月19日說明書替換頁 能均可以通過燒錄在微處理器内的指令來執行q 在其他可選的實施方式巾’供給電軸6的電流丨可以在連續的時間 間隔Μ糊得，這些連續的時關可叹細I檢卿的電流j 隨後被數位化處理’分別求出兩個連續的時間間隔内的電流對時間的—次 導數di/dt ’而航較這_-次導數；如果比較的結果顯示兩者基本上不 相同（相當於前·施方式巾的二次微分過程），即意味辆釘的頭部已到 達木板16的表面’接著控制系統就會生成前面所述的控制信號s。 本發明通過在電動工具内增設相_電子控制元件來自動檢測工作頭 驅動的工作件疋否已到達預疋位置，並且在檢_，丨該工作件到達預定位置 後執行相應動作，確保其不會進一步越過該預定位置。 上述實施例是以電動螺絲起子為例進行說明，當然，本發明的控制方 法也可以顧於其他電動I具，如賴、餘扳手等。由於這種應用工對於 本領域的普通技術人員而言’可通㈣轉用而輕易實現，所以申請人 在此不再予以贅述。 综上所述，本發明符合發明專利要件，爱依法提出專利申請。惟，以 上所述者僅4本發明之較佳實齡j，舉凡熟悉此項技藝之人士，在援依本 發明精神賴之等效飾或變化，冑應包含於以下之巾請專概圍内。 【圖式簡單說明】 第S疋見有的電動工具工作時的電流與時間的關係曲線圖。 第-圖疋第-圖中電流對時間—次微分後的導數曲線圖。 第二圖與第—圖中電流對時間二次微分後的導數曲線圖。 1335703 2010年8月19日說明書替換頁 第四圖是本發明的電動工具的工作原理圖。 【主要元件符號說明】 2 電動螺絲起子 4 驅動單元 6 電動機 8 起子 10 卡盤 12 離合器系統 14 螺釘 16 木板 18 電源 20 開關 22 電子控制裝置 2 感測器 26 一次微分單元 28 二次微分單元 12

Claims (1)

1335703 , 丄 2010年8月19 a說明書替換頁 十、申請專利範圍： 1 一種電動卫具的控制方法，其中電動工具被供給電流以產生-旋轉 速度，該控制方法包括如下步驟： 測置供給電動卫具的隨時間⑴變化的電流量（i); 獲得所述n對時間的—次導數（di/dt)以及二次導數（的他2); 根據所述二: 欠導數生成相應的控制信號 :以及 根據所述控制信號降低所述電動工具的旋轉速度。 2·如申叫專利範圍第1項所述的控制方法，其中，在產生控制信號的 步驟則還包括碱設個極祕，所碰輸n在該二次導數為正 值且數值大於所述預定極限值時才生成。 3. —種電動工具的控制方法’其中電動工具被供給電流以產生一旋轉 速度’該控制方法包括如下步驟： 在連續的時間間隔内測量所述供給電動工具的電流； 對兩個連續時間間隔内的電流量作一次微分，以產生各別的一次導 數； 比較兩個連續的時間間隔内獲得的一次導數； 當所述的兩個連續的時間間隔的一次導數不相同時’生成一控制信 號。 4. 如申請專利範圍第3項所述的控制方法，其中，所述控制信號被延 遲生成。 5. 如申請專利範圍第3項所述的控制方法’其中，所述控制信號被用 13 1335703 2010年8月19曰說明書替換頁 於將電動工具的旋轉速度設定到一個低速水準或零。 6. 如申請專利範圍第3項所述的控制方法，其中，所述供給電動工具 的電流是直流電’所述控制信號被用於改變所述直流電流的流向以使電動 工具迅速停止轉動。 7. 一種電動工具，包括： 電動機’用於驅動工作頭旋轉，其具有一旋轉速度； 電源’用於供給所述電動機電流； 感測器，用於測量所述電流； 控制元件，用於檢測所述電流變化率隨時間的變化率，以獲得所述電 流對時間的一次導數（di/dt)以及二次導數（d2i/dt2)，從而生成控制信 號以来降低所述電動機的旋轉速度。 8·一種電動工具，包括： 電動機，用於驅動工作頭旋轉，其具有一旋轉速度； 電源’用於供給所述電動機電流； 感測器’用於測量所述電流； 控制元件，用於檢測所述電流隨時間的變化率，其中，所述之感測器 可在連續的時間間隔内測量所述電流，而所述的控制元件用於： 在每一時間間隔内確定所述電流對時間的_次導數（di/dt); 比較兩個連續時間間隔的一次導數；以及 如果所述兩個連續時間間隔的-次導數不相同時，生成一控制信號。 9.如申請補範圍第8 電動工具，其中，該測元件包括微 處理器。 Qll)年8月日說明書替換頁 ^寻圍第8項所述的電動u 用娜縣細目贿轉轉，㈣㈣信號被 申巧專利範圍第8項所述的電動JL具，装φ 己括二於根捸所迷控制信號斷開所述供給電動機電流的開關電動工具進步 於根據所如娜8細軸^ f制元件被用 、據所姑制信號的產生來改變所述供給電動機的電流的極性以使電動 工具快速降低或停止轉動。 13.如申請專利細第8項職的電動卫具其中，該電動工具進一步 包括延遲單元，驗延遲所述控制健的發生。 14·如申請專利範圍第13項所述的電動工具，其中，所述延遲單元的 延遲時間可由該電動工具的使用者設定。 15·如申請專利範圍第8項所述的電動工具，其中，所述控制信號在電 流變化率為正值並且大於預先設定的極限值時產生。 16 ·如申請專利範園第8項所述的電動工具，其中，所述電流變化率 為電流對時間的一次導數（di/dt)，且所述控制信號通過電容電路檢測該 一次導數而產生。 15 1335703 » · I I 2010年8月19日說明書替換頁 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（四）圖。 (二) 本代表圖之元件代表符號簡單說明： 2 電動螺絲起子 4 驅動單元 6 電動機 8 起子 10 卡盤 12 離合器系統 14 螺釘 16 木板 18 電源 20 開關 22 電子控制裝置 2 感測器 26 一次微分單元 28 二次微分單元 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：